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

　　由于砷離子對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)和人體健康有危害，因此在自然水域中普遍存在砷離子已成為一個(gè)重要問題。砷污染問題已在許多地區(qū)出現(xiàn)，砷污染的來源包括自然活動(dòng)和人為活動(dòng)，例如化石燃料，工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢物等。為了開發(fā)除砷技術(shù)，已經(jīng)有很多相關(guān)的方法，但是在這方法中使用吸附法比較合適。在這項(xiàng)研究中，我們實(shí)驗(yàn)了鐵和亞硝酸改性的活性炭制成纖維后從水溶液中吸附砷離子的潛力。

　　作為一種新型的活性炭，活性炭纖維由于其納米結(jié)構(gòu)，豐富的微米孔隙率，高比表面積和狹窄的孔徑而具有出色的吸附性能，被認(rèn)為是用于廢水處理的有前景的吸附材料。此外，活性炭纖維易于在吸附過濾器中用于實(shí)際廢水處理。同時(shí)，吸附層不會(huì)導(dǎo)致由碎屑沉積物不均勻引起的阻力增加或流體分布不均勻。在沒有二次污染的情況下，活性炭纖維可以逐漸應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。在我們的研究下，鐵氧化物和亞硝酸的改性活性炭后制成活性炭纖維，以富集-OH去除砷，并與改性活性炭對(duì)砷離子的吸附能力進(jìn)行了比較。

　　活性炭內(nèi)部屬性分析

　　表面積和孔徑?jīng)Q定了吸附劑的吸附性能。活性炭具有大量的內(nèi)部孔，具有較大的比表面積。HNO 3和Fe 對(duì)改性活性炭的BET表面積，BJH平均孔徑和孔體積均有不同程度的變化。在常溫條件下，濃HNO 3在活性炭表面溶解了一定的灰分，有助于進(jìn)一步擴(kuò)大多孔結(jié)構(gòu)。但是，濃HNO 3還腐蝕了活性炭的結(jié)構(gòu)，從而部分破壞了內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)并降低了活性炭的比表面積。至于鐵改性的活性炭，內(nèi)表面的鐵材料層堵塞了某些通道，從而降低了比表面積，平均孔徑和孔體積。

　　圖1顯示了活性炭纖維的孔徑分布。如圖1所示，活性炭纖維的孔徑在1至20nm之間。同時(shí)，幾種活性炭的所有氮吸附/解吸曲線均與IV型吸附等溫線相對(duì)應(yīng)。由于活性炭內(nèi)中孔定義為2–50 nm，在未經(jīng)改性和經(jīng)過改性的活性炭是微孔的，但HNO 3改性擴(kuò)大了孔的結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致了中孔的結(jié)構(gòu)。因此，活性炭顯示出微孔/中孔結(jié)構(gòu)特征，并且可以用作在水中吸附砷離子的有前途的材料。

　　圖1：活性炭纖維的孔徑分布。

　　活性炭吸附劑的形態(tài)

　　圖2示出了原始活性炭纖維的SEM圖像，并將其顯示，活性炭的表面有凹槽和平滑的整體，其中有幾個(gè)裂縫和小斑點(diǎn)(圖2的B)。HNO的表面形貌和鐵改性活性炭變?yōu)榇植?圖2c)和表面覆蓋由絮狀直徑在約數(shù)百納米的。如圖2d所示，EDX分析表明主要元素為C，O和Fe。觀察到在活性炭表面上載有一層約20-80nm的鐵納米顆粒。

　　圖2：活性炭的SEM圖像。

　　活性炭對(duì)砷離子的吸附效果

　　吸附動(dòng)力學(xué)主要用于確定吸附過程的保留時(shí)間。圖3顯示了砷離子在活性炭纖維上的吸附動(dòng)力學(xué)。如圖3所示 ，砷離子的吸附隨著接觸時(shí)間的增加而增加，并且考慮到處理效率，吸附平衡時(shí)間固定為60分鐘。與活性炭的吸附過程相比，F(xiàn)e和HNO 3改性后的活性炭吸附平衡時(shí)間增加，但在300分鐘時(shí)的吸附容量分別為0.236 mg/g，0.493 mg/g和2.45 mg/g。因此，鐵改性的活性炭提高了去除砷離子的吸附能力。

　　圖3：活性炭對(duì)砷離子的吸附動(dòng)力學(xué)。砷離子的濃度為2 mg/L;活性炭的劑量為500 mg/L，初始pH為6.0。

　　在單一金屬溶液體系中研究了砷離子在幾種類型的活性炭上的吸附。活性炭具有較大的比表面積和孔體積，但是HNO 3改性腐蝕了活性炭的內(nèi)部通道，而鐵改性堵塞了通道，這兩者均使比表面積減小。HNO 3和Fe改性增加了活性炭的表面粗糙度。Fe和HNO 3的吸附平衡時(shí)間為60分鐘，吸附平衡時(shí)間延長。修改。用Langmuir等溫線模型擬合的吸附等溫?cái)?shù)據(jù)要好于Freundlich等溫線模型。最終，這些初步結(jié)果表明，活性炭在處理被砷離子污染的水和廢水方面顯示出廣闊的前景，并且通過Fe和HNO 3改性顯著提高了吸附能力。

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