活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭從水中吸附去除鈷,本文研究了使用兩個(gè)活性炭樣品和兩個(gè)活性炭纖維樣品從水溶液中吸附鈷離子。吸附不依賴于表面積，而是受到活性炭表面上碳-氧基團(tuán)的存在的強(qiáng)烈影響。這些表面基團(tuán)的量是用硝酸和氧氣的碳氧化增強(qiáng)，降低了氧化的樣品在400, 650和9500c脫氣。Co(II)離子的吸附增加氧化和降低脫氣。鈷Co(II)離子的吸附增加了氧化和降低了脫氣。當(dāng)用硝酸進(jìn)行氧化時(shí)吸附的增加要大得多。與氧氣氧化相比，該處理偶然導(dǎo)致氧表面基團(tuán)量的增加更大。脫氣時(shí)吸附的降低取決于脫氣溫度，在650℃脫氣時(shí)比在400℃脫氣時(shí)更大。氧化吸附的增加和脫氣時(shí)吸附的減少歸因于氧化時(shí)碳表面酸性基團(tuán)濃度的增加以及脫氣的降低。碳表面上的酸性碳- 氧基團(tuán)的存在及其在水溶液中的電離也改變碳懸浮液的pH。本文還研究了溶液pH值對(duì)溶液活性炭吸附Co(II)離子的適宜機(jī)理。

　　從水溶液中吸附無(wú)機(jī)金屬離子有幾個(gè)方面：貴金屬如金和銀的回收，活性炭與某些金屬的負(fù)載以產(chǎn)生浸漬的活性炭以及去除飲用水中的重金屬污染物。鈷是一種重金屬，存在于幾個(gè)行業(yè)的廢水中，即使少量也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒性。因此，使用不同類型的活性炭通過(guò)吸附除去已經(jīng)是本文研究的主題�；钚蕴勘砻嫘再|(zhì)和活性炭氧化表面基團(tuán)的類型對(duì)水溶液中活性炭吸附Co(II)離子的影響及其作用機(jī)制尚未有人涉及，目前的工作是在考慮到這些方面的情況下進(jìn)行的。

　　圖1、水溶液中的鈷和其它金屬污染。

　　兩個(gè)顆粒狀活性炭樣品分別命名(AC-K和AC-S)和兩個(gè)活性炭纖維樣品(ACF-307和ACF-310)用來(lái)當(dāng)做吸附劑�；钚蕴渴怯谜羝�活化的泥炭基材料，而活性炭纖維是基于瀝青的材料。活性炭已經(jīng)在液相中用硝酸氧化，并在350℃用氧氣氧化以提高炭-氧表面基團(tuán)的量。然后將氧化的活化的紙箱在400,650和950℃脫氣以逐漸消除不同量的這些炭-氧表面基團(tuán)。氧化和脫氣過(guò)程已經(jīng)在別處進(jìn)行了描述，下面給出簡(jiǎn)要的描述。

　　1、用硝酸氧化

　　在維持在約80℃的水浴中，將活性炭樣品(5g)與150mL 50%硝酸在250-mL容量的borosil燒杯中加熱。當(dāng)大約10mL的酸蒸發(fā)后，將內(nèi)容物冷卻，用水稀釋并轉(zhuǎn)移到濾紙上。碳樣品用熱蒸餾水徹底清洗，直到濾液不含硝酸根離子。這種氧化和洗滌導(dǎo)致一些碳的損失。一些氧化的碳也通過(guò)濾紙。清洗后的活性炭樣品首先在空氣中干燥，然后在120℃的電烘箱中干燥，在150℃下放氣，然后儲(chǔ)存在用氮?dú)鉀_洗過(guò)的帶塞的玻璃瓶中。

　　2、用氧氣氧化

　　將每個(gè)活性炭樣品5g分散在鉑舟中。鉑船的口部蓋上一個(gè)帶有孔的鉑蓋，以便氧氣可以與碳接觸。將含有碳樣品的船放入電阻管爐中。爐的溫度保持在350℃。純氧和干氧以2Lh-1的速率通過(guò)樣品4小時(shí)。然后將樣品在氧氣中冷卻并轉(zhuǎn)移到試劑瓶中并在氮?dú)庀聝?chǔ)存。

　　3、活性炭的脫氣

　　將約5克活性炭樣品在管式爐中鋪展成約13厘米的薄層。它通過(guò)多孔銅塞塞保持在位。管式爐連接到真空泵能夠提供約3×10-3mm Ilg的真空。爐子的溫度緩慢升高到所需的水平。氣體在不久之后開(kāi)始發(fā)展。使溫度逐漸上升，并在另一個(gè)50℃完全消除氣體之前升高溫度。在所需溫度下脫氣后，使樣品在真空中冷卻至室溫以避免活性炭氧化表面基團(tuán)的重新形成，然后轉(zhuǎn)移至用氮?dú)鉀_洗過(guò)的帶塞的瓶子。這些樣品在文中被認(rèn)為是“脫氣樣品”。

　　鈷(II)離子的吸附方法

　　通過(guò)將每種活性炭樣品的已知重量(0.5g)(在120℃的電烘箱中干燥并在干燥器中冷卻)與50ml不同濃度的硝酸鈷溶液一起測(cè)定Co(II)離子的吸附。將懸浮液置于保持在30±1℃的空氣恒溫器中。偶爾搖動(dòng)懸浮液。24小時(shí)后。吸出上清液的等分部分，使用標(biāo)準(zhǔn)分析程序，使用雙光束分光光度計(jì)在425nm波長(zhǎng)下進(jìn)行光學(xué)比色測(cè)定。

　　活性炭表面積對(duì)吸附的影響

　　所有活性炭(顆粒狀和纖維狀)均吸附可觀數(shù)量的Co(II)離子，并且對(duì)于不同的活性炭，在每個(gè)濃度下吸附的量是不同的。通常，與活性炭纖維相比，粒狀活性炭吸附更大量的Co(II)離子。1，雖然ACF-307(910m 2 /g)的表面積僅比GAC-S(1256m 2)小了約25%，但是AC-S對(duì)ACF-307的吸附是三倍以上)。類似地ACF-310和AC-K，盡管具有相似的表面積(1184和1190米2/g)顯示出廣泛不同的吸附。這表明活性炭對(duì)Co(II)的吸附不能單獨(dú)依據(jù)表面積來(lái)解釋。Co(II)在氧化碳樣品上的吸收進(jìn)一步支持了這一點(diǎn)。Co(II)的吸附增加了氧化，盡管氧化/還原樣品的表面積低于所接受的碳樣品的表面積。這方面已經(jīng)在文中稍后討論了�？雌饋�(lái)只有鈷表面積的吸附。鈷在氧化碳樣品上的吸收進(jìn)一步支持了這一點(diǎn)。鈷的吸附增加了氧化，盡管氧化/還原樣品的表面積低于接收的活性炭的表面積�？雌饋�(lái)鈷的吸附也受到活性炭表面的化學(xué)性質(zhì)的影響。由于這些活性炭已經(jīng)使用不同的原料制備，并且使用不同的制備程序，其表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)可能是不同的。

　　活性炭氧化表面團(tuán)的影響

　　活性炭總是與一定量的化學(xué)吸附的氧氣相聯(lián)系。這種氧存在的形式是碳-氧官能團(tuán)，其中一些是酸性的。酸性表面基團(tuán)在400-750℃的溫度范圍內(nèi)以CC>2的形式析出，并假定為羧基和拉克洛酮。其他氧表面基團(tuán)在500-950℃的溫度范圍內(nèi)抽真空為CO。這些團(tuán)體被假定為醌類，傾向于使活性炭表面疏水和中性。此外，取決于氧化處理的性質(zhì)和強(qiáng)度，這些表面氧基團(tuán)的量可以在氧化時(shí)得到增強(qiáng)，并且在對(duì)氧化的活性炭進(jìn)行脫氣時(shí)減少。

　　溶液pH值對(duì)吸附的影響

　　活性炭表面上存在酸性碳-氧基團(tuán)并在水中電離也會(huì)改變碳懸浮液的pH值。在水中接受的ACF-307懸浮液的pH約為7，而AC-K的pH約為10。然而，這些碳懸浮液的pH值在用硝酸氧化時(shí)降至3至4，并在4和5用氧氣氧化。因此，鈷離子對(duì)碳氧化的吸附的增加是由于鈷離子與碳-氧表面基團(tuán)的相互作用以及由于溶液pH的改變引起的。鈷的吸收隨著pH增加到約6的pI而增加，并且在更高的p11值下降。這表明溶液的piI的變化導(dǎo)致活性炭表面的碳酸鹽變化，這在不同的溶液pH值下是不同的。在pll范圍3-4中鈷離子的吸附突然增加表明活性炭表面的零點(diǎn)電荷(ZPC)位于這些piI值之間。在低于ZPC的pH值下，碳表面的過(guò)量質(zhì)子化使其帶正電荷。這增強(qiáng)了碳表面與帶正電荷的鈷陽(yáng)離子之間的靜電排斥相互作用并導(dǎo)致較低的吸附。正如已經(jīng)被認(rèn)為是羧基和甲�；�的那樣。這些表面氧基團(tuán)在含水溶液中電離時(shí)產(chǎn)生Hf離子，這些Hf離子指向液相，使帶有負(fù)電荷-COO位點(diǎn)的表面離開(kāi)。因此，氧化活性炭的碳表面帶有負(fù)電荷。這增加了帶負(fù)電的碳表面與帶正電荷的鈷陽(yáng)離子之間的靜電吸引相互作用，從而增加了Co(II)離子的吸附。在逐漸升高的溫度下對(duì)活性炭進(jìn)行脫氣時(shí)，這些酸性表面氧基團(tuán)逐漸消除，這導(dǎo)致帶負(fù)電位點(diǎn)的數(shù)量減少，這又減少了Co(II)的吸收。當(dāng)表面氧基團(tuán)幾乎完全通過(guò)在950℃脫氣去除時(shí)，帶負(fù)電的COO位點(diǎn)的濃度幾乎降低到零，并且碳表面幾乎達(dá)到正性。這減少了碳表面和Co(II)離子之間的吸引力相互作用，從而進(jìn)一步降低了吸附。在950°脫氣活性炭的情況下Co(II)離子的吸附可能歸因于發(fā)生在孔中。

　　因此，本文中的結(jié)果清楚地表明，活性炭從水溶液中吸附活性炭主要是由酸性碳-氧表面基團(tuán)決定的。

本文鏈接：http://m.gaminal.com/hangye/hy577.html

查看更多分類請(qǐng)點(diǎn)擊：公司資訊    行業(yè)新聞    媒體報(bào)導(dǎo)    百科知識(shí)