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

　　六價(jià)鉻鉻因其在水中的良好溶解性，強(qiáng)氧化性和透過細(xì)胞膜的滲透性而被視為生物可利用元素。不幸的是，六價(jià)鉻化合物對單個(gè)生物會(huì)產(chǎn)生危害。經(jīng)常在地表水抽樣中的允許濃度超過了數(shù)倍，所以急需找到合適的方法去除。使用活性炭吸附的一個(gè)優(yōu)勢是可以燃燒吸附劑(添加堿)并進(jìn)一步處理吸附的鉻。我們介紹了活性炭對水溶液中六價(jià)鉻的吸附性能的研究。研究了不同類型的活性炭，采用靜態(tài)方法確定了吸附動(dòng)力學(xué)，影響反應(yīng)，溫度和那種活性炭合適吸附六價(jià)鉻。

　　活性炭的基本技術(shù)操作是碳化和活化。某些類型的活性炭，其另外的活化過程之后，經(jīng)受各種改進(jìn)方案，修改操作或它們的表面覆蓋有催化劑。吸附過程中鉻的去除效率非常不同，取決于所用活性炭的類型，改性方法和許多其他因素。例如活性炭和用陽離子表面活性劑改性后用于去除鉻(VI)離子，與未經(jīng)改性的吸附劑相比，吸附能力大大提高。下面我們來講下活性炭的幾種改性方法。

　　鹽酸對活性炭的改性

　　活性炭干燥后用鹽酸(1：1)處理24小時(shí)。下一步是用蒸餾水沖洗，直到水中的氯化物含量小于10 mg/dm 3為止。沖洗后，碳在105°C下干燥12小時(shí)。重復(fù)該操作3次。

　　硝酸對活性炭的改性

　　用硝酸對活性炭進(jìn)行額外的改性，活性炭干燥后用硝酸HNO 3(1：1)處理并煮沸。加熱在回流冷凝器下進(jìn)行。然后，將濾液倒出，并將活性炭樣品再次用酸處理。重復(fù)該操作3次。將獲得的樣品用蒸餾水洗滌直至達(dá)到pH 6.5。然后，將其在105℃下干燥。

　　靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的測試

　　測試是在實(shí)驗(yàn)室過濾器上進(jìn)行的，該過濾器的直徑為0.018 m，充滿了測試的碳，自上而下的重力流和2 m/h的過濾速度。填充過濾器的活性炭的重量為40 g。過濾每5升水后，對處理過的水中的六價(jià)鉻進(jìn)行對照測定。通過分光光度法在1.5 nm下用1.5-二苯卡巴肼測量紫色配合物六價(jià)鉻的吸光度來分析水中鉻的量。

　　改性對活性炭吸附的影響

　　活性炭的化學(xué)改性的目的是提高其吸附性能，因?yàn)樘急砻娴母男砸钥煽氐姆绞礁淖兞似浣Y(jié)構(gòu)和表面性能。由于無機(jī)酸的作用，除其他外，由于高度無序的晶體結(jié)構(gòu)和大的比表面積而引起的活性炭可以容易地化學(xué)改性。用鹽酸(HCl)和硝酸(HNO 3)處理被測活性炭。通過BET方法確定在液氮中吸附N 2的比表面積。氧化硝酸改性導(dǎo)致面積顯著減小，鹽酸的使用將吸附量提高了約5%，而熱硝酸(V)的吸附量則降低了約13%(圖1)。

　　圖1.：活性炭的類型對六價(jià)鉻吸附容量的影響。

　　吸附動(dòng)力學(xué)

　　每個(gè)僅限于顆粒的飽和度取決于被吸收到顆粒內(nèi)部的顆粒的擴(kuò)散速率。吸附動(dòng)力學(xué)使得可以確定吸附速率對吸附劑性質(zhì)和吸附過程本身?xiàng)l件的依賴性。因此，吸附動(dòng)力學(xué)取決于活性炭的類型，其改性方法和要去除的化合物的類型。通過描述吸附物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的關(guān)系來表示所達(dá)到的吸附平衡。

　　圖2：pH 2下溶液中六價(jià)鉻的最終濃度。

　　從獲得的測試結(jié)果可以得出結(jié)論，吸附時(shí)間對特定碳的鉻(VI)去除效率具有顯著影響。鉻酸根離子相對于活性炭的最大還原發(fā)生在4.5小時(shí)后。在硝酸改性活性炭上去除鉻的速率更高，并且在2.5 h后發(fā)生了吸附平衡時(shí)間。然后進(jìn)行穩(wěn)定化處理，并進(jìn)行進(jìn)一步測試(確定等溫線)，發(fā)現(xiàn)該接觸時(shí)間為不同的活性炭通常不超過6小時(shí)。

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溶液的pH值顯著影響了所測試活性炭的吸附能力。對于(HNO 3)改性活性炭，吸附隨著溶液pH值的增加而略有下降。對于其他活性炭而言，反應(yīng)對鉻吸附容量的影響更大，并且在較低的pH值下肯定更有利。無機(jī)酸(化學(xué)修飾)對活性炭的作用導(dǎo)致其吸附性能發(fā)生變化。鹽酸的使用通過中孔灰分的去除而增加了活性炭的比表面積，從而有助于六價(jià)鉻的吸附能力的提高。用硝酸進(jìn)行改性(氧化)會(huì)導(dǎo)致吸附能力下降，這很可能與活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的變化以及由于碳氧化而造成的孔結(jié)構(gòu)的部分破壞有關(guān)。吸附時(shí)間對特定活性炭去除六價(jià)鉻的效率有重要影響。根據(jù)進(jìn)行的研究，改性的硝酸活性炭可很好的去除水中的六價(jià)鉻化合物，這使其有可能在水處理系統(tǒng)中使用。

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