活性炭酸改性去除重金屬
活性炭酸改性去除重金屬，環(huán)境污染的生態(tài)危機(jī)已經(jīng)被歸咎于不同的問題，其中以環(huán)境中金屬或其物種的污染為主。重金屬污染影響生態(tài)系統(tǒng)的植物，動(dòng)物和其他非生物成分。當(dāng)這些毒素堆積在我們的身體中時(shí)，它們阻斷了必需礦物質(zhì)的受體位點(diǎn)，使得諸如鐵，鈣和鎂的礦物質(zhì)不能被利用和吸收，從而服務(wù)于身體和酶功能，導(dǎo)致酶功能障礙，營養(yǎng)缺陷，激素失衡，神經(jīng)病障礙，損害大腦化學(xué)，甚至可能導(dǎo)致自身免疫性疾病，癌癥和其他使人衰弱的慢性疾病。
許多研究人員已經(jīng)表明木質(zhì)纖維素農(nóng)業(yè)廢棄物，特別是堅(jiān)果殼，是非常好的候選材料作為從水溶液中去除重金屬離子的前體。在一些地區(qū)，大量的棕櫚油和椰子殼被當(dāng)作農(nóng)業(yè)廢料。這些低成本的農(nóng)業(yè)廢棄物作為活性炭前體的使用是非常有前途的，但是它們作為金屬離子清除劑的用途很少見。在這項(xiàng)研究中，活性炭是從油棕和椰子殼制備的，用磷酸低溫活化，適合去除重金屬離子。水合氧化鐵分散的活性炭由酸活性炭的后續(xù)改性制備。用所研制的吸附劑測試了鎳和鉛的二價(jià)陽離子以及六價(jià)鉻的含氧陰離子的去除。將吸附平衡和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)擬合到各種模型，以評估和比較與常規(guī)活性炭的性能。
活性炭磷酸活化增強(qiáng)正離子/元素去除(通過Boehm滴定定量表面官能團(tuán))
通過Boehm滴定法測定了活性炭PSW-P-500和PSW-P-ad-500以及活性炭（ac）的表面中和能力和酸性基團(tuán)，結(jié)果為表1列出。在由NaHCO 3檢測到的強(qiáng)酸性基團(tuán)被認(rèn)為是僅僅羧酸基團(tuán)。然而，使用H 3 PO 4制備的活性炭可能含有強(qiáng)酸性的羥基(-OH)基團(tuán)，因?yàn)楹椎乃嵝晕镔|(zhì)會(huì)附著在表面。因此，H 3 PO 4消耗NaHCO 3活性炭將羧酸以及亞磷酸定量為強(qiáng)酸性基團(tuán)。碳酸鈉除了強(qiáng)酸性基團(tuán)(表1中的組I )外，還能夠檢測內(nèi)酯。除了內(nèi)酯之外，活性炭表面附著的中等強(qiáng)度的含磷酸也可以參與與Na 2 CO 3的中和反應(yīng)。除了前述基團(tuán)之外，氫氧化鈉可以檢測酚和膦酸，而乙醇鈉(NaOEt)除了所有其它描述的基團(tuán)之外還可以檢測羰基。
表格1基于Boehm滴定法的中和能力和活性炭表面酸性基團(tuán)的定量。
| 樣品 |
堿吸收量（meq·g -1）
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|---|---|---|---|---|
| NaHCO 3 | Na 2 CO 3 | 氫氧化鈉 | 乙醇鈉 | |
| PSW-P-500 | 1.0 | 3.0 | 4.5 | 4.5 |
| PSW-P-AD-500 | 1.0 | 3.0 | 4.5 | 4.8 |
| CAC | - | - | 0.5 | - |
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| 樣品 |
酸性組定量（meq·g -1）
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| 第一組a | 第二組b | 第三組c | 第四組d | |
| PSW-P-500 | 1.0 | 2.0 | 1.5 | - |
| PSW-P-AD-500 | 1.0 | 2.0 | 1.5 | 0.3 |
| CAC | - | - | 0.5 | - |
活性炭pH值ZPC的測定(pH漂移法)
圖1顯示了使用pH漂移法測定pH ZPC的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在此，將具有恒定離子強(qiáng)度(0.01M NaCl)的溶液的初始pH(pH i)對由活性炭平衡的pH(pH f)作圖。將溶液的初始pH與通過一定量的吸附劑平衡的最終pH交叉的點(diǎn)處的pH稱為pH ZPC。所制備的活性炭的低得多的ZPC表明其非常酸性(參見表2)。由于AC 的pH ZPC為6.4，不含強(qiáng)酸性基團(tuán)，這與伯姆滴定法一致。考察了pH值的影響，評價(jià)了吸附的可行性和機(jī)理。由于活性炭的基本結(jié)構(gòu)單元或石墨層被認(rèn)為比表面官能團(tuán)軟，所以軟離子對交界金屬離子的吸附的競爭效應(yīng)是非常有趣的。
金屬離子溶液和試劑各種Ni(II)，Pb(II)和Cr(VI)物質(zhì)的濃度為1000mg·L -1的儲(chǔ)備溶液通過溶解適量的各種鹽，硝酸鎳(II)六水合物， )硝酸鹽和重鉻酸鉀分別使用去離子蒸餾水(DDW)。通過隨后稀釋相應(yīng)儲(chǔ)備溶液來制備各種濃度的測試溶液。使用HNO 3和NaOH 將測試溶液的初始pH調(diào)節(jié)至選定的值。Ni(II)和Pb(II)的標(biāo)準(zhǔn)溶液由稀釋各自的標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 mg·L -1)制備)使用先前用0.2%硝酸酸化的DDW。Cr(VI)的標(biāo)準(zhǔn)溶液由重鉻酸鉀干燥的鹽制備。在Perkin Elmer Lambda25紫外 - 可見(UV-可見光)分光光度計(jì)分析Cr(VI)之前，通過將0.25g DPC溶于50mL丙酮中制備1,5-二苯基卡巴肼(DPC)溶液。
表2使用pH漂移法從交叉點(diǎn)獲得活性炭的pH ZPC。| SL。沒有。 | 活性炭 | pH ZPC |
|---|---|---|
| 1 | PSW-P-AD-500 | 3.1 |
| 2 | PSW-P-500 | 3.3 |
| 3 | AC | 6.4 |
吸附平衡和動(dòng)力學(xué)
Langmuir和Freundlich吸附等溫線廣泛用于評估和比較吸附劑的吸附性能。對三種制備好的和一種顆粒活性炭的性能進(jìn)行了評估，并比較了在初始pH值為5時(shí)水溶液中Ni(II)和Pb(II)的去除。Cr(VI)的吸附在不同的pH通過各種吸附劑。然后，通過將吸附平衡數(shù)據(jù)擬合到Langmuir和Freundlich模型，將最佳選擇的吸附劑的性能與吸附劑的性能進(jìn)行比較。
所有批次吸附實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行，使用0.1g干燥的各種活性炭吸附劑加入聚丙烯離心管中的50mL金屬離子溶液中。然而，吸附劑濃度保持恒定在2g·L -1。吸附平衡數(shù)據(jù)是通過改變初始金屬離子濃度，活性碳質(zhì)量，接觸時(shí)間，振蕩速率和初始pH保持不變而獲得的。對于動(dòng)力學(xué)研究，吸附作為時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行，保持初始溶液濃度和pH恒定。將管放置在定軌搖床中，搖動(dòng)速度為每分鐘160轉(zhuǎn)(rpm)，平衡3天。此后，傾析溶液，并使用pH計(jì)測量溶液的初始和最終pH。傾析的Ni(II)和Pb(II)溶液用酸化(0.2%HNO 3)稀釋)使用400火焰原子吸收光譜法(AAS)分析之前的DDW。在適當(dāng)稀釋后，使用H 2 SO 4稀釋傾析的Cr(VI)溶液以獲得溶液的pH為1，隨后添加適量的1,5-二苯基卡巴肼溶液(0.5mL DPC溶液/每25mL稀釋的Cr VI)解決方案)。在10分鐘內(nèi)發(fā)生顏色顯現(xiàn)后，使用紫外可見分光光度計(jì)分析溶液。
制備的活性炭在去除重金屬離子如Ni(II)(19.6mgg -1)和Pb(II)(74.6mg ·g -1)時(shí)具有顯著更高的吸附容量。常規(guī)活性炭對Cr(VI)(q max = 71 mg·g -1)的氧陰離子的去除吸附能力高于制備的活性炭(q max = 46.30 mg·g -1)。然而，常規(guī)活性炭由于其在低濃度范圍內(nèi)的較低吸附容量而具有一些局限性。因此，它不適合飲用水凈化。相比之下，酸性活性炭具有在低濃度下完全清除一些重金屬陽離子和陰離子的潛力，這表明其對所有重金屬離子具有更強(qiáng)的親和力。形成表面酸性基團(tuán)的磷酸激活因此產(chǎn)生適于去除重金屬離子的活性炭。據(jù)觀察，盡管活性炭對重金屬的二價(jià)陽離子的親和力非常差，但是酸活性炭具有從極稀溶液中除去這些陽離子的潛力。活性炭雖然具有很高的Cr(VI)吸附容量，酸性活性炭在低濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)更好。因此推測來自油棕和椰子殼的酸性活性炭可能適合用于飲用水凈化目的以去除重金屬離子。
本文作者：董帝豪
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