活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　在自然水中經(jīng)常能檢測到重金屬離子的存在。因此，廢水處理已成為重要的問題。雖然有很多處理方法但是這些方法需要很高的運營成本。吸附法是一種廢水處理的優(yōu)選方法，因為它簡單，高效且易于操作。殼聚糖是最受關(guān)注的吸附劑之一，因為它的生物降解性，可利用性，高吸附能力和易于改性。殼聚糖是幾丁質(zhì)的脫乙�；�形式，幾丁質(zhì)是僅次于纖維素的第二大生物聚合物。殼聚糖在重金屬離子的吸附方面具有非常高的效率和效果，因為它含有氨基和羥基，可與重金屬離子發(fā)生配位和靜電相互作用。殼聚糖通常用作細粉，廢水處理后很難從溶液中分離出殼聚糖。殼聚糖易溶于酸溶液，機械性能較弱。為了克服這些缺點，我們在殼聚糖聚合物上添加活性炭，用不同含量的殼聚糖和活性炭進行殼聚糖復(fù)合膜的制備。

　　活性炭殼聚糖復(fù)合膜的制備

　　將殼聚糖添加到100 mL 2%(v/v)的乙酸溶液中并攪拌3小時，以獲得殼聚糖溶液。將活性炭與殼聚糖溶液混合并攪拌2小時。將混合物倒在PET塑料容器上，并在40℃下干燥20小時。通過拉伸試驗，XRD，F(xiàn)TIR和SEM對得到的殼聚糖復(fù)合膜進行了表征。成品測試方法用活性炭(0.05 g)添加到裝有25 mL Cd2 +溶液的錐形燒瓶中。將混合物以150rpm的恒定速度搖動20分鐘。吸附后，用UV-Vis分光光度計檢查最終鎘濃度。在各種接觸時間(20、25、30、35、40和50分鐘)，pH(2、3、4、5、6、7、8和9)下進行吸附研究，并使用0.1 M NaOH和0.1 M HCl)和Cd2 +初始濃度(15、25、35、45、55和65 ppm)。使用HNO3(0.001 M)進行再生實驗。

　　進行SEM以研究材料的形態(tài)。圖1顯示了放大率為500x的殼聚糖膜(圖1a)，活性炭(圖1b)和活性炭殼聚糖復(fù)合膜(圖1c)的SEM圖像�；钚蕴康钠骄�粒徑為0.7μm(圖4b)。殼聚糖膜的表面與活性炭殼聚糖復(fù)合膜的表面相比是光滑的，這是由于復(fù)合膜中存在活性碳�；钚蕴吭跉ぞ厶悄ぶ械姆植加蓤D證實。它還證實了殼聚糖薄膜覆蓋了活性炭。

　　圖1：(a)殼聚糖膜，(b)活性炭和(c)殼聚糖復(fù)合膜的SEM分析。

　　廢水處理吸附研究

　　吸附研究是在各種接觸時間，pH和Cd2 +的初始濃度下進行的。根據(jù)吸附前后的水溶液中Cd2 +濃度的差計算吸附容量。其中C0和Cf分別是初始濃度和最終濃度。W是吸附劑的重量，V是Cd2 +溶液的體積。根據(jù)公式2計算去除率%。研究了接觸時間對殼聚糖復(fù)合膜吸附Cd2 +的影響20-50分鐘。Cd2 +的初始濃度為10 ppm。結(jié)果顯示在圖2a中。

　　圖2a顯示，活性炭殼聚糖復(fù)合膜對Cd2 +的吸附容量在開始吸附時顯著增加，并在達到40分鐘后趨于恒定。吸附能力的提高是由于殼聚糖復(fù)合膜的大量空位活性位。通過增加接觸時間，當(dāng)活性位飽和時，活性炭殼聚糖復(fù)合膜的活性位降低，吸附達到平衡。

　　影響吸附容量的因素之一是pH。為了研究pH對活性炭殼聚糖復(fù)合膜對Cd2 +吸附能力的影響，在pH 2、3、4、5、6、7、8和9進行了實驗。實驗進行了40分鐘，初始濃度為Cd 2+為10ppm。用0.1 N的NaOH和0.1 N的HCl調(diào)節(jié)pH。結(jié)果如圖2b所示。

　　圖2：接觸時間(a)和pH(b)對活性炭殼聚糖復(fù)合膜對Cd2 +的吸附容量(Q)的影響。

　　根據(jù)圖2b，活性炭殼聚糖復(fù)合膜在低pH值下對Cd2 +的吸附能力較低，并且通過增加pH值而增加。在pH為5時具有最高的吸附容量。在酸性溶液中，殼聚糖的氨基(-NH2)質(zhì)子化為NH3 +。質(zhì)子將占據(jù)大部分吸附劑活性位，由于靜電排斥，吸附的Cd2 +量很少。通過增加pH，由于氫離子濃度的降低，氨基沒有質(zhì)子化。H +和Cd2 +在與吸附劑活性位點結(jié)合時的競爭降低了。但是，鎘的沉淀可能會導(dǎo)致在pH高于8時吸附能力下降。取決于溶液的pH值，水溶液中的鎘會因形成各種化合物而水解。

　　活性炭的再生利用

　　活性炭再生過程是工業(yè)中的重要因素之一，可以多次使用吸附劑，能讓廢水處理變得更加經(jīng)濟。通過將活性炭浸入0.001 N的HNO3中來完成再生過程。從溶液中分離出再生的活性炭，并洗滌至中性pH。然后將吸附劑干燥并重新用于吸附過程。在這項工作中，對殼聚糖和活性炭殼聚糖復(fù)合膜進行了再生。獲得的結(jié)果如圖3所示。在所有循環(huán)中，活性炭殼聚糖復(fù)合膜的吸附能力均高于殼聚糖膜。證實了殼聚糖膜中的活性炭含量提高了殼聚糖膜對Cd2 +的吸附性能。該改進對于工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用具有重要意義。

　　圖3：殼聚糖膜和活性炭殼聚糖復(fù)合膜的再生效率。

　　將活性炭用作殼聚糖復(fù)合膜制備的填料，能提高廢水處理效率。經(jīng)過實驗表明發(fā)現(xiàn)在pH 5下，接觸時間為40分鐘的條件下，吸附量比較高。根據(jù)再生研究，活性炭殼聚糖復(fù)合膜表現(xiàn)出比殼聚糖膜更高的性能。這款吸附劑能很好的去除廢水中的Cd2+。

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