活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭負載納米銀對吸附苯酚的影響

　　工業廢水排放中存在的高危險的污染物之一是苯酚。它有毒，高度易燃，可溶于水，油，二硫化碳以及許多其他有機溶劑中。由于其在天然水中的溶解性，為了除去廢水中的苯酚現在有微生物降解，化學氧化，酶促聚合，膜分離，溶劑萃取，光催化降解和吸附等許多技術來處理。但是使用活性炭的吸附技術是用于環境控制和廢水管理的效果非常好的方法。

　　為了更好的處理廢水中的苯酚，我們對作為吸附劑的活性炭進行了改進，本次主要測試將銀納米顆粒浸漬到堿處理的活性炭中對模擬廢水中苯酚的去除效果。我們將納米技術，實驗設計，響應面方法和定量解決方案集成在一個框架中，以優化產率并改善活性炭的理化特性。來達到具有可持續性，廉價，簡單，環境友好和可復制的特點。

　　生產過程對活性炭產量和亞甲基藍數的影響

　　主要因素的3D圖及其與活性炭產量和亞甲基藍數的相互作用中顯示在圖1。從中可以明顯看出圖1(c、f)溫度和停留時間對產率和亞甲基藍數值有顯著影響。隨著停留時間從90分鐘增加到120分鐘，產量和亞甲基藍數下降不成比例，這可能歸因于C和其他元素(包括H和O)的釋放。但是，隨著溫度在500-600°C之間升高，產率和亞甲基藍數顯著提高，在90分鐘時獲得的值更高。然而，觀察到隨著溫度進一步升高至620℃以上，活性炭收率和亞甲基藍數的值顯著降低。發生這種現象的原因可能是在高于600°C的溫度下失去了更多的雜原子，隨著在爐中停留時間超過90分鐘，情況變得更糟。因此，亞甲基藍數減少表明了焦炭收率和吸附能力的降低。所有樣品獲得的亞甲基藍數大小表明中孔在產生的活性炭中的分布。碳化溫度對活性炭的孔結構影響最大，因此對吸附能力的影響最大。亞甲基藍數的最高值是在610°C附近獲得的，當更多的揮發性物質逸出時，一些微孔會變寬。圖1(e)顯示活化濃度和停留時間的相互作用。活性炭的亞甲基藍數隨活化劑濃度的增加而增加。在90分鐘時獲得最大值，隨著停留時間接近120分鐘而降低。對于產率觀察到類似的趨勢。亞甲基藍數和產率的降低可能是由于碳化過程中濃堿溶液的活性延長引起的孔變質的結果。

　　圖1：3-D圖顯示了(a、d)溫度和濃度(b、e)接觸時間以及濃度(c、f)接觸時間和溫度的相互作用對活性炭的百分收率和亞甲基藍數的影響。

　　活性炭負載納米銀對苯酚的批量吸附研究

　　進行了兩組實驗以研究苯酚在活性炭負載納米銀吸附劑上的吸附。進行了一組實驗以研究苯酚的初始濃度和接觸時間對活性炭負載納米銀吸附劑對苯酚吸收的影響。這是通過改變初始濃度(50–200mg/L)和接觸時間(30–200min)，同時分別將吸附劑量和攪拌固定在0.2g和200rpm上來實現的。另一組實驗，用來確定活性炭吸附劑的最大程度吸收苯酚的工藝參數。在這里，選擇的因素包括初始苯酚濃度，接觸時間，吸附劑劑量和攪拌速率等。

　　苯酚初始濃度和接觸時間的影響

　　圖2展示了在30°C下各種接觸時間和初始苯酚濃度(50–200mg/L)下苯酚去除率的特征。由于在活性炭上存在空位，所以吸附劑對苯酚的吸收隨時間的推移而改善。開發了超過水相和固相之間傳質阻力的強大驅動力。這是導致苯酚分子從一開始就迅速吸收的原因，后來在達到平衡之前下降。在平衡狀態下，由于苯酚分子與吸附劑表面之間的排斥力無法吸附苯酚分子，因此吸附劑的空位無法達到最大苯酚吸收量。苯酚的初始濃度影響除去的苯酚和平衡時間。初始濃度為100mg/L時，最大吸附量為90.06%，而200mg/L時為83.95%。在較低的苯酚初始濃度下(苯酚分子與空位的比率較小)，由于活性炭載納米銀材料上存在更多的空位，所以在平衡狀態下吸附的苯酚量較高。隨著比率隨著初始苯酚濃度的增加而增加，空位容易變得飽和，苯酚分子趨于競爭擴散到內部孔中，導致吸附劑表面的吸收百分比降低。從該實驗中，所有濃度的2小時后去除率均無顯著增加。因此，接觸時間(60–120分鐘)和濃度(100–200mg/L)是個好選擇。

　　圖2：活性炭對于各種初始濃度的苯酚去除百分率。

　　經過測試發現用銀納米粒子的負載提高了活性炭的參數。增大了活性炭的孔徑，能更好的將苯酚容納在孔空間內。考慮到初始苯酚濃度為200mg/L，0.25g吸附劑劑量，74分鐘接觸時間和156rpm攪拌速率，活性炭負載納米銀材料的去除苯酚百分比為94.7%，比沒納米銀負載的活性炭提高了11%。

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