活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭制備雜化膜以去除水中的鉻

　　水被有毒離子污染的主要原因是不受管制的工業，能源生產和采礦，這些物質大大增加了水中的污染物濃度。重金屬離子不可生物降解，并且會對生態系統產生巨大影響。結果，它們的生物積累和生物放大作用存在于生物體和食物鏈中造成嚴重的影響。我們為了從水中去除鉻等重金屬離子研究了很多物理和化學的方法，這次我們通過使用活性炭和原纖維通過特殊方法制成的雜化膜，來針對鉻等重金屬的去除。

　　活性炭雜化膜的制備

　　在劇烈攪拌下，將在合適條件下于pH2下產生的原纖維溶液滴入活性炭溶液中，以得到最終比例為1：0、2：1、1：1、1：2、1的活性炭混合物。蛋白質雜化膜是通過真空過濾1.8mL混合溶液，使混合物通過0.22μm直徑47mm的硝酸纖維素濾膜制備的。為了測試活性炭去除水中鉻的效率，進行了分批實驗和過濾以評估重金屬在原纖維和活性炭雜化膜上的吸附能力。在實驗之前，使用0.1M的硝酸將初始濃度不同的氯化汞(II)和鉻酸鈉的儲備水溶液調節至pH3.0。為了確定原纖維的去除效率，用100mg/L的重金屬溶液平衡由已知數量的原纖維熱處理獲得的溶液(1：1wt)，使其最終濃度為50mg/L。實驗在室溫(20°C)，pH3等溫條件下進行，并連續搖動(150rpm)24小時以確保平衡。最后，將所得溶液離心，過濾并用吸收分光光度計(進行分析。還進行了空白實驗，以確保在所用設備的壁上沒有發生吸附。

　　原纖維與活性炭雜化膜的SEM表征

　　通過掃描電子顯微鏡(SEM)獲得的雜化膜表面的圖像示于圖1中A和沒有放大該膜的視覺方面中給出圖1d，用2的混合物制備：原纖維和活性炭的1通過真空過濾。為了利用原纖維的特性并避免結塊，原纖維被吸附到活性炭中以增加原纖維的機械性能和表面積，從而更好地去除重金屬離子。圖1A，C示出了活性炭的特征形態，并且膜的橫截面具有100μm±10的厚度。[制備了原纖維和活性炭混合膜，厚度為1mm。因此，具有較薄膜的事實使得水的交叉流更容易通過其。另外，圖1D中報道的膜證明是剛性膜，其足夠堅固以至于可以在不拆卸的情況下進行處理。在制備活性炭的雜化膜時，顯示了用普通剪刀將其切割的膜的堅固性。相反，僅用活性炭精制的雜化膜表現出易碎性，因為它易于分解。此外，圖1B顯示了雜化膜的更高的放大倍率(1.5μm)，這證實淀粉狀原纖維被吸附并粘附在活性炭表面上，從而證明了均勻雜化復合物的形成。以這種方式，可以得出結論，原纖維可用于精制雜化膜，而無需純化以獲得高質量的雜化復合材料。

　　圖1：活性炭和原纖維混合膜的SEM形貌分析。(A)雜化納米膜表面的圖像，(B)雜化膜的SEM圖像的更高放大率(100×)，以圓圈顯示淀粉樣原纖維粘附到活性炭上，(C)膜的橫截面的SEM圖像，(D)膜的外觀。

　　活性炭對水中鉻的去除效率

　　使用活性炭雜化膜以25、50和100mg/L分批過濾吸附鉻和汞的吸附能力如圖2所示。請注意，還單獨分析了具有活性炭和原纖維的膜。可以注意到，雜化膜的吸附容量結果為2.53、8.5和11.26mg/g，以初始濃度25、50和100mg/L去除鉻。沒有明顯的證據表明混合膜的吸附能力不同于單獨使用原纖維和活性炭的膜。然而，雜化膜顯示出的吸附效果與僅使用市售活性炭制成的膜的結果一樣好。這可能是由于活性炭和原纖維的協同作用所致，因為兩種材料都在膜的孔隙率和工作水處理流速之間建立了平衡。可以解釋為僅原纖維的膜就顯示出原纖維的團聚，這些原纖維由于疏水性而固定在纖維素膜的表面，因此無法在膜上進行有效的質量轉移。

　　圖2：活性炭制備的雜化膜對汞(藍色條)和鉻(紅色條)的吸附能力。誤差線為標準偏差(n=3)。條上的不同字母表示基于最小顯著性差異(LSD)測試，p水平=0.05時不同處理之間的顯著性差異。

　　活性炭制備雜化膜以去除水中的鉻。去除研究證實，活性炭和原纖維的混合膜使用間歇真空過濾很好地從水中除去了汞和鉻。去除汞和鉻的性能歸因于重金屬對原纖維的吸引官能團的化學吸附和活性炭孔的物理吸附的協同效應，這導致了制成了適用于去除汞和鉻的混合膜。這種雜化膜的優異性能導致可能使用諸如乳清之類的蛋白質混合物來生產原纖維淀粉，從而降低了生產成本，并且方便快捷的過程。所以這款活性炭新材料能經濟適用于水中的鎘和汞的去除。

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