活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　酚類化合物及其衍生物由于在石油化工，化學制品，塑料和造紙工業中的廣泛使用而對生物和生態系統構成高水平威脅，因此已成為人們日益關注的問題。它們包含直接與苯環鍵合的羥基，因此這些酚類化合物具有穩定的共軛體系，導致生物積聚和不良的生物降解。在本次內容中，我們通過共沉淀法將涂覆有綠色硅表面活性劑的活性炭與磁鐵礦顆粒進一步摻混，以增強新設計的磁性硅膠涂覆活性炭在磁場中能更好的固液分離。通過多種實驗測試與通過實際的工業廢水進行測試，對水中的幾種硝基酚類物質進行去除。

　　兩種硝基酚類物質在有機硅涂覆磁性活性炭上的吸附研究

　　通過研究pH(3-10)，接觸時間(5-120分鐘)和2,4-DNP和2,4-DCP初始濃度的影響來評估活性炭的吸附性能。10–100 mg L -1)。將20 mg的活性炭分散在10 mL的2,4-DNP和2,4-DCP溶液中，兩種分析物溶液的溫度均保持在室溫。將溶液在恒定溫度下以250 rpm搖動所需的時間。接下來，通過施加磁場從溶液中分離出吸附劑。使用UV-Vis分光光度法分別測量上清液中2,4-DNP和2,4-DCP分析物的殘留濃度。去除率(%)和吸附量。

　　振動樣品磁力計

　　在這項研究中使用VSM來檢查合成活性炭的磁強度。對Fe 3 O 4顆粒，磁性活性炭和機硅涂覆磁性活性炭進行了研究，以研究它們在涂覆時的磁強度趨勢。幾種材料的磁滯回線分別示于圖1(a)-(c)。根據獲得的結果。由于存在非磁性活性炭和有機硅表面活性劑涂層，磁強度似乎下降了。這確認涂覆過程成功。但是，盡管在涂覆最終材料機硅涂覆磁性活性炭時磁化強度降低，但其磁強度仍在可接受的范圍內，并且強度足以在吸附過程中進行。

　　圖1：幾種材料的VSM磁化曲線。

　　溶液pH對硝基酚類物質的吸附影響

　　作為最重要的控制參數之一的溶液的pH值可能會影響吸附過程中吸附劑的結合能力。從理論上講，pH可以改變吸附劑活性位上官能團的解離，活性炭的表面電荷以及被吸附物分子的存在狀態。分析物的p K a值為2,4-DNP=4.1和2,4-DCP=7.9。由于2，4-DCP的p K a值較高，因此很難獲得較低的pH。因此，在pH為3的范圍內，進行至pH 10.兩種分析物的最優化使用0.01 M NaOH和0.01 M HCl調節分析物溶液的pH。使用分批技術進行該實驗，其中每種pH調節后的分析物溶液分別在20 mg吸附劑的存在下振搖60分鐘。圖2(a)和(b)顯示了兩種分析物的去除趨勢。

　　圖2：pH對兩種硝基酚類物質的影響。

　　活性炭與污水的接觸時間對去除硝基酚類物質的影響

　　接觸時間是必不可少的優化參數，可提供吸附持續時間，以最大程度地從水性介質中去除目標分析物。因此，為了確定最大吸收的平衡時間并建立吸附過程的動力學，兩種分析物的接觸時間在5至120分鐘的范圍內進行了研究。圖3表明，有機硅涂覆磁性活性炭對2，4-DCP和2,4-DNP兩種硝基酚類物質的最大吸附約為60分鐘，并且在60分鐘后沒有發現吸附進一步增加。

　　圖3：接觸時間對去除2,4-DNP和2,4-DCP的影響。

　　可重用性研究

　　出于經濟和資源方面的考慮，活性炭的可重復使用性是重要的過程。為了在去除過程中有用，被吸附的物質應在合適的條件下容易地解吸，并且活性炭應使用多次以降低材料成本。因此，使用五個吸附-解吸循環評估了吸附在有機硅涂覆磁性活性炭上的2硝基酚類物質的吸附劑可重復利用性和解吸。丙酮溶液用作脫附劑，以除去吸附的2，4-DCP和2，4-DNP分子。解吸過程之后，使用外部磁場將物料分離，并在下一個循環之前將其完全干燥。分析六個循環后的去除百分比，在前三個循環中，去除率幾乎恒定，去除率分別為78%(2,4-DCP)和89%(2,4-DNP)。在第四個循環中，由于解吸過程中材料表面特性的浸出，去除效率略有下降，從而使去除性能下降。對材料的可重復使用性研究表明，該材料可以重復使用多達三個周期，去除效率分別為82.9%(2,4-DNP)和74.4%(2,4-DCP)。這證明本次制成的活性炭可以作為一種經濟好用的吸附劑，用于在工業應用中從水溶液中除去氯和硝基酚類化合物。

　　非離子有機硅表面活性劑對磁性活性炭的涂覆形成了一種新型的磁性活性炭，該活性炭能夠有效去除氯和硝基酚類化合物。在水性樣品中去除兩種硝基酚類物質的測試數據中，在pH 6的環境下(2,4-DCP)和pH 4(2,4-DNP)下獲得了較高的去除率。與磁性活性炭相比，涂覆了有機硅的活性炭表現出更好的去除效率。有機硅表面活性劑的存在表明其增強的吸附能力是由于疏水作用，氫鍵和結合位點與分析物之間的π-π相互作用所致。然而，由于2，4-DNP比2，4-DCP具有更強的吸電子能力，因此具有更高的吸附能力。此外，與其他基于活性炭涂覆表面活性劑的研究相比，經我們的測試，這種類型的有機硅表面活性劑是比較環保的。因此具有從水樣品中去除有機污染物的巨大潛力。考慮到這種雜化材料的卓越性能，可以肯定的是，機硅涂覆磁性活性炭可以用作去除其他現有有害有機污染物的優良吸附劑。

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