活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　隨著近代工業的快速發展，大量有機廢物排入地表水和地下水已造成嚴重的環境污染。在石油資源豐富的地區，采礦和冶煉過程中產生的一系列有機物質對水體造成污染。苯酚存在煤焦油中，它也被稱為石碳酸。苯酚分子由直接與苯環相連的羥基組成，有特殊氣味，具有很高的穩定性。這些理化性質是造成苯酚對環境持久性破壞的原因。目前，污水中苯酚的處理方法主要包括化學方法，物理化學方法和生物方法。近來主要方向是使用化學氧化技術去除苯酚。在本次內容中我們開發了一種活性炭材料與商用活性炭的性能進行了比較，使用它來搭載兩種氧化劑(過硫酸鈉和過氧化氫)來測試對苯酚的降解。

　　研發出的活性炭特征

　　原材料用去離子水沖洗并干燥。然后在破碎機中破碎。重復破碎后，將破碎的原材料堆通過50和100目篩。將篩過的原材料粉末在氮氣氣氛下在不同溫度(300.0 °C至1000.0 °C)下煅燒。加熱速度為5.0 ℃ min -1，目標溫度維持 180min。溫度上升后;然后將樣品自然冷卻至室溫。將烘干的活性炭浸入10%的鹽酸中12 h，用水洗滌3次，并在100.0 °C下干燥6 h制成。研發的活性炭與商業活性炭相比，具有更高的表面積和孔體積。圖1 顯示了活性炭的掃描電子顯微照片。由于高溫煅燒，活性炭具有不規則的棒狀結構，在其表面上具有皺紋，這提供了較大的表面積并增加了活性炭表面的吸附位置。

　　圖1：活性炭的SEM圖像。

　　活性炭焙燒溫度對

　　圖2表明，在不同溫度下煅燒并用過硫酸鹽活化的活性炭樣品降解苯酚的能力大不相同。所有活性炭樣品均在120 分鐘內降解了苯酚 。當煅燒溫度提高到800.0 °C以上時，苯酚的降解效果顯著提高。在900.0 °C 下煅燒的活性炭降解苯酚的效率是在800.0 °C 下煅燒活性炭的兩倍�；钚蕴康慕到舛葹�900.0 °C(98.12%)和1000.0 °C(99.58%)表現出相似的效果 。

　　圖2：不同煅燒溫度下活性炭對的苯酚降解效率。

　　活性炭的比較和氧化劑的選擇

　　圖3 顯示了兩種活性炭的正交組合，并且兩種氧化劑(H 2 O 2和過硫酸鹽)在降解苯酚方面有顯著差異。在H 2 O 2為氧化劑的實驗條件下，活性炭對苯酚的降解作用在120min內是商業活性炭的1.34倍 。然而，當過硫酸鹽用作氧化劑時，活性炭對苯酚的降解作用在120 分鐘內是商業活性炭的1.51倍。實驗表明，我們研發的活性炭更好。在前30 在降解反應的最短時間內，活性炭的優勢比商業活性炭更為突出，就降解率而言，前者是后者的1.87倍。在過硫酸鹽作為氧化劑對苯酚的降解在120 分鐘內是H 2 O 2對Ph的降解的1.33倍 。因此，在隨后的實驗中，選擇活性炭和過硫酸鹽作為實驗對象。

　　圖3：兩種活性炭與兩種不同氧化劑的相互作用轉化苯酚。

　　反應機理

　　圖4顯示了苯酚的降解過程。首先破壞連接苯酚中羥基的化學鍵，然后打開苯環以形成通過單鍵連接的單鏈。隨著反應的進行，單鏈之間的化學鍵被破壞，并形成具有較少碳原子數的單鏈。將鏈重組為新的長鏈的過程是由于氧化劑劑量不足。然而，隨著反應的進行，諸如這些短鏈和新形成的長鏈的中間體被進一步降解。在此過程中，一些單鏈會隨著反應時間的增加而重組形成一條更長的新單鏈。隨著這一過程的繼續，長單鏈逐漸分解成短鏈，然后苯酚礦化成二氧化碳和水。

　　圖4：苯酚礦化過程。

　　在這項研究中，活性炭是在900.0 °C 下制備的，并且在0.50 g L -1的條件下對該實驗進行了優化。當過硫酸鹽/苯酚摩爾比為5：1時，初始pH值(6.45)和室溫下苯酚的降解率是理想的。120分鐘降解率達84.74%，300分鐘 TOC降解率達85.94%，礦化度理想�；钚蕴烤哂泻芨叩姆�定性和可重復使用性，重復使用4次后，苯酚的降解率仍超過80%。與其他類似系統相比，本文開發的系統使用較少量的活性炭和氧化劑，具有較高的實用價值。

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