活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　廢水中除去合成染料有很多不同的技術，但是吸附法是可靠和低成本的方法，并且存在不同類型的吸附劑。由于其可變性，成本低，活性炭是普遍使用的吸附劑。但是這次研究為了提高活性炭的能力與聚合物材料混合制成的羧化活性炭來實驗，并且和改善疏水性的胺化聚醚砜進行對比。測試了胺化聚醚砜原位和羧化活性炭非原位性能，以檢測其從水生環境中去除陽離子(亞甲基藍)和陰離子(酸性紅)染料的性能。然后，進一步研究了酸性紅吸附在這兩種吸附劑上的動力學行為和熱力學特征。最后測試胺化聚醚砜原位和異位的環境應用，用羧化活性炭從水性環境中除去酸性紅染料。

　　染料吸附測試技術

　　在含有酸性紅和HCl的溶液中測量胺化聚醚砜與羧化活性炭非原位和與原位的量。使用振蕩器裝置將溶液振蕩1小時，將上清液與固體殘余物分離并攝取，以便相對于空白樣品進行光度測量。通過從酸性紅的吸收中減去之前酸性紅的吸收來計算酸性紅的吸附。它被聚合物固相吸附。計算吸附百分比，固體吸附劑平衡/質量時的酸性紅保留，以及吸附酸性紅的分布系數用羧化活性炭在胺化聚醚砜上進行測定。吸附進行三次重復測量，并取平均值，其中精度僅相差±2%。詳細研究了搖動時間以及酸性紅保留在胺化聚醚砜與羧化活性炭固體吸附劑上的溫度的影響。

　　吸附劑形態對比

　　活性炭和聚醚砜示于圖1中。SEM圖像顯示活性炭和聚醚砜非原位的結構特征相似，而具有羧化活性炭的胺化聚醚砜原位不同。SEM圖像顯示胺化聚醚砜顆粒與羧化活性炭原位聚集，這清楚地表明原位技術改變了聚合物的形態結構，與非原位方法不同，后者沒有顯示任何明顯的變化。與對照相比，吸附劑的形態。

　　圖1：活性炭和幾種吸附劑的SEM。

　　活性炭與聚醚砜在染料吸附中的性能

　　已經研究了胺化聚醚砜原位和用羧化活性炭非原位吸附染料的性能。在這項工作中，酸性紅1(陰離子染料)用于測試這些聚合物從水溶液中吸附它的能力(圖2a)。隨著兩種技術中活性炭濃度的增加，觀察到酸性紅染料吸附顯著增加，而對照聚合物顯示出最低吸附，與胺化聚醚砜原位相比僅為21%。采用20%羧化活性炭的非原位技術，分別顯示58%和61%的吸附。因為胺化聚醚砜在兩種技術中，用20%羧化活性炭得到最高的吸附百分比，用亞甲藍進一步測試這些聚合物是陽離子染料，以檢驗這些聚合物與陽離子染料的性能。具有20%羧化活性炭的非原位胺化聚醚砜對亞甲藍(5ppm)的吸附率為88%，而對于酸性紅(20ppm)為60%。此外，與對照胺化聚醚砜相比，含有20%羧化活性炭原位的胺化聚醚砜對于亞甲藍(5ppm)顯示68%，對于酸性紅(20ppm)顯示60%，僅對于對照胺化聚醚砜為1.6%。亞甲基藍(5ppm)和21%的酸性紅(20ppm)。

　　圖2：使用原位和非原位技術與活性炭和聚醚砜相比。

　　總體而言，與對照相比，原位和非原位活性炭的聚醚砜與酸性紅(陰離子)和亞甲基藍(陽離子)染料均顯示出優異的吸附速率。然而，因為與亞甲基藍(5ppm)相比，酸性紅(20ppm)顯示出良好的吸附容量。

　　活性炭和聚醚砜的環境應用

　　為了研究兩種材料在環境應用中的使用效率，本研究使用自來水和海水樣品來探索該聚合物從這些樣品中去除紅酸染料的能力。自來水、海水另外加上離子水作為三個樣品。對于海水和自來水樣品，酸性紅濃度低于UV檢測。因此，這些樣品加入酸性紅染料(20mg/L)和胺化聚醚砜非原位，20%羧化活性炭和胺化聚醚砜用20%羧化活性炭原位原位。在pH值為1，溫度為20℃，振蕩時間為1小時的優化條件下，海水樣中紅色酸吸附的百分比為胺化聚醚砜的92.68%和91.91%。分別用20%羧化活性炭原位置換20%羧化活性炭和胺化聚醚砜原位置換。發現自來水樣品酸吸附的百分比為96.34%和95.94%2，用20%羧化活性炭和胺化聚醚砜原位用20%羧化活性炭，分別，所示在圖3中。

　　圖3：胺化聚醚砜和20%羧化活性炭對不同實際樣品中酸性紅的吸附百分比。

　　為了測試所制備的聚合物的可重復使用性，通過非原位和原位技術將所用的胺化聚醚砜樣品與20%羧化活性炭進行清洗，然后用丙酮洗滌這些樣品并使其干燥。然后，再次重復使用具有20%羧化活性炭樣品的非原位和原位胺化聚醚砜。酸性紅染料再次再吸附(三個循環)，吸附百分率與第一次大致相同。因此，具有20%羧化活性炭的胺化聚醚砜是一種有效的方法，可以重復使用一個以上的循環，因為酸性紅染料從水中吸附而不會降低其吸附能力。

　　在目前的研究中，染料吸附結果表明，隨著聚醚砜原位和非原位技術中活性炭濃度的增加，酸性染料1和亞甲藍染料的吸附率都很高。結果還表明，優化的條件是最大化酸性紅染料吸附速率的基本因素，發現它們的pH值為1.5，持續時間為1小時，溫度為20℃。羧化活性炭混合胺化聚醚砜的比例是一個非常重要的因素，因為使用的質量越多，所獲得的染料吸附率越高。

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