氯化錳活性炭的制備
低成本的氯化錳活性炭制備，對(duì)環(huán)境治理的影響。近幾十年來(lái)，數(shù)以千計(jì)的有機(jī)，無(wú)機(jī)和生物污染物排入環(huán)境，嚴(yán)重惡化了水質(zhì)，特別是重金屬污染，可能集中在生物體內(nèi)，對(duì)大多數(shù)植物和動(dòng)物不僅有高劑量的危害而且濃度相對(duì)較低。水環(huán)境中重金屬污染物的持續(xù)存在，如高毒性砷，鉻等，嚴(yán)重威脅水資源安全。許多研究已經(jīng)應(yīng)用于各種方法，如離子交換，溶劑萃取，化學(xué)沉淀和吸附以減少這些種金屬離子的濃度。在這些方法中，吸附已被證明是最常用的技術(shù)，由于其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，高效，易于操作和重金屬吸附劑如高分子雜化吸附劑，錳氧化物改性活性炭和堿金屬納米粒子已被很好地研究。有實(shí)驗(yàn)制備了具有羥基，烷氧基和氧基團(tuán)的氧化鋁納米顆粒，通過(guò)陽(yáng)離子交換從廢水樣品中有效去除鎘.改性磁性Fe 3 O 4由于樹(shù)膠的羧酸基團(tuán)，阿拉伯樹(shù)膠的胺基團(tuán)和氧化鐵的表面羥基基團(tuán)的絡(luò)合作用，可以從水溶液中快速地吸附銅金屬離子。
此外，許多作者已經(jīng)使用的天然赤玉粘土，改性的脫乙酰殼多糖和活性炭用于除去鉻和吸附劑從鐵和鋁衍生如粒狀氫氧化鐵，鐵-加載海綿和三水鋁石為減少砷。AsO 2 -(III)，AsO 4 3-(V)等無(wú)機(jī)陰離子主要存在砷和鉻的處理，即使采用吸附的方法，也沒(méi)有低成本和高效的方法和材料。和Cr 2 ö 7 2-(VI)[ 11，15]。不幸的是，Cr(VI)的毒性 比Cr(III)大一百至五百倍，而Cr(VI)的毒性會(huì)嚴(yán)重破壞人體的健康，包括皮膚刺激，惡心，嚴(yán)重腹瀉以及肺，肝和腎損害，因?yàn)樗闹禄?，誘變性，且對(duì)生物系統(tǒng)有致癌性。
在這里，為了提高其活性炭的吸附能力，探索了中國(guó)最豐富的資源之一的氯化錳，為重金屬處理制備了一種低成本，高效率的活性炭材料。(1)制備和表征MnCl 2浸漬活性炭復(fù)合材料、(2)測(cè)試其對(duì)As(III)和Cr(VI)的吸附能力、(3)研究Mn作為(三)和鉻(六)吸附。
圖1：各種活性炭的N 2吸附 - 解吸等溫線。
氯化錳活性炭的制備
在容量瓶中制備0.2M氯化錳(Mn-溶液)的儲(chǔ)備溶液。7.692mmol L -1亞砷酸鈉和3.401mmol L -1 重鉻酸鉀，并用0.01M NaCl稀釋至所需濃度。本工作中使用的MnCl 2· 4H 2 O，亞砷酸鈉，重鉻酸鉀，氯化鈉等試劑均為分析純。
如下制備錳活性炭(MnBCs)：將100ml Mn溶液與研磨的活性炭原材料混合，并且直徑<0.80mm，在80℃下劇烈攪拌3h，超聲處理1h，然后在105℃下干燥C。將生物炭前驅(qū)體連續(xù)加熱至目標(biāo)溫度(300,400,500,600,700和800℃)，最后在加熱速率為10℃min -1下在100ml min -1氮?dú)獗３?0分鐘流?；钚蕴繕?biāo)記為MnBC300，MnBC400，MnBC500，MnBC600，MnBC700和MnBC800。對(duì)照生物炭也是通過(guò)與500℃下的錳活性炭相同的熱解過(guò)程制備的，標(biāo)記為CBC500。
| 樣品 | S BET（m 2 / g） | S 外部（m 2 / g） | D p（nm） | V 總計(jì)（cm 3 / g） |
|---|---|---|---|---|
| MnBC300 | 17.27 | 9.239 | 16.01 | 0.027 |
| MnBC400 | 19.35 | 6.352 | 16.51 | 0.030 |
| MnBC500 | 19.47 | 8.009 | 10.99 | 0.035 |
| MnBC600 | 6.732 | 3.765 | 12.3 | 0.012 |
| MnBC700 | 8.88 | 2.998 | 10.15 | 0.011 |
| MnBC800 | 9.126 | 5.944 | 8.39 | 0.014 |
表1：活性炭的表面積和孔體積。
吸附實(shí)驗(yàn)
在含有0.1克吸附劑和50毫升0.385毫摩爾L -1亞砷酸鈉或0.170毫摩爾L -1重鉻酸鉀溶液的100毫升消解容器中，在室溫下研究pH對(duì)砷和鉻去除的影響。用鹽酸和氫氧化鈉將pH值調(diào)節(jié)到2-12的范圍內(nèi)。
吸附等溫線實(shí)驗(yàn)通過(guò)將0.1g吸附劑與濃度范圍為0.038-1.538mmol L -1的50ml亞砷酸鈉或重鉻酸鉀溶液(濃度范圍為0.017-0.680mmol L -1)在最佳pH水平船只。將上述所有容器在振蕩器中以150rpm振蕩2小時(shí)，然后置于恒溫(25℃)水浴中24小時(shí)達(dá)到平衡。使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP)和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-MS)來(lái)檢測(cè)砷和鉻的濃度。
吸附劑的表征
N 2(0.162 nm 2)吸附 - 脫附實(shí)驗(yàn)，掃描電鏡 - 能譜分析(SEM-EDS)和X射線衍射等手段對(duì)材料的表面特性進(jìn)行了檢測(cè)。測(cè)量了傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)，探討了吸附機(jī)理。
氯化錳活性炭的特性
N 2吸附 - 解吸等溫線：為了研究MnCl 2活性炭的孔隙率，使用氮?dú)馕椒?一種測(cè)定多孔吸附劑孔隙率的標(biāo)準(zhǔn)程序)來(lái)測(cè)定其表面積和多孔結(jié)構(gòu)。圖1顯示了可逆的II型等溫線，其由無(wú)孔或大孔吸附劑獲得并表示無(wú)限制的單層 - 多層吸附。II型等溫線包含B點(diǎn)，即等溫線的幾乎線性中間部分的開(kāi)始，表明單層覆蓋的終止階段和多層吸附的開(kāi)始。B點(diǎn)位于這條線上很遠(yuǎn)的地方，表明MnBC具有微小的微孔結(jié)構(gòu)。
圖2： MnBC活性炭的孔分布。
活性炭表面積和孔體積：活性炭的大部分孔徑分布在20和200之間，這表明碳主要是中孔(圖2)。表1顯示了碳化溫度和錳的顯著影響氯化物對(duì)孔隙發(fā)育和比表面積的影響。比表面積和孔體積隨著溫度從300℃升高到500℃而增加，在600℃時(shí)顯著下降，然后從600℃升高到800℃時(shí)再次增大。平均孔徑與表面積和孔體積呈相反的變化規(guī)律。出乎意料的是，高碳化溫度下的平均孔徑呈現(xiàn)出與以前研究不同的變化趨勢(shì)：孔徑不增加，反而下降。通常，活性炭的孔徑分布取決于活化溫度，原料和保留時(shí)間。在一定溫度范圍內(nèi)增加碳化溫度增加了前體中揮發(fā)性物質(zhì)的演變，使得孔隙發(fā)育的益處和創(chuàng)造新的孔隙。的熱解作用，當(dāng)超出該范圍時(shí)，會(huì)造成微孔的崩潰和微孔的寬顯著量中孔，質(zhì)量只是下降。高熱解溫度下的異常變化趨勢(shì)表明，活化劑必須在生物炭的孔結(jié)構(gòu)和比表面積上有所不同。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，合成了氯化錳活性炭，并對(duì)砷和鉻具有較高的吸附能力。巴赫吸附實(shí)驗(yàn)顯示了一個(gè)適合吸附砷的Langmuir模型，而一個(gè)合適的Freundlich模型的鉻吸附。配體交換主要是對(duì)砷的去除，而靜電現(xiàn)象與鉻的還原在鉻的吸附過(guò)程中起著重要的作用。這項(xiàng)工作表明，錳改性生物炭提供了一種創(chuàng)新和有效的方式來(lái)利用秸稈資源的重金屬污染物處理制備低成本的吸附劑。
本文作者：董帝豪
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