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活性炭改性表面以增强镍吸附性能
文章作者:bet356下载网络部 更新时间:2019-5-30 15:38:57

  镍通常用于精炼,电镀和焊接工业,并且在这种用镍工业中溶液引起泄漏或者处理不当造成环境污染。由于经常接触镍和镍化合物,会对生物造成各种问题,因为镍具致突变性。虽然镍有很多危害,但其化合物的生产至关重要,所以需要研究减少镍从废物流中输入环境的方法。这次研究我们采用简单碳化法从椰壳中制备的活性炭被不同的氧化剂氧化,即过氧化氢,过硫酸铵和硝酸等。通过Boehm和电位滴定和IR光谱表征未氧化和氧化后活性炭的表面。测试制备的活性炭通过间歇模式吸附实验从水溶液中除去镍离子的能力。氧化增加了活性炭上的表面酸性基团,从而使活性炭对镍的亲和力增加。

  虽(sui)然有很(hen)多(duo)种物理化(hua)学处理并成功地(di)用于(yu)从污(wu)染的(de)(de)(de)废水中(zhong)去(qu)除(chu)镍等重(zhong)金属。但是活(huo)性炭吸附一直是从水中(zhong)去(qu)除(chu)重(zhong)金属离子的(de)(de)(de)有前途(tu)的(de)(de)(de)技术。尽管活(huo)性炭的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)效率主(zhu)要取决于(yu)活(huo)性炭的(de)(de)(de)孔结构(gou)和总表面(mian)(mian)(mian)积,但表面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)化(hua)学性质(表面(mian)(mian)(mian)官能团的(de)(de)(de)性质和密度)在去(qu)除(chu)离子或极(ji)性物质中(zhong)是至关重(zhong)要的(de)(de)(de)。

  活性炭吸附剂的制成

  选择椰(ye)壳为活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的(de)原料(liao),通过(guo)在马弗炉中(zhong)在400℃的(de)温(wen)度(du)下将(jiang)椰(ye)壳碳化(hua)(hua)1小时来制备碳化(hua)(hua)料(liao)。将(jiang)其(qi)研磨,筛分(fen)得到尺寸为150-250μm的(de)颗粒。用双蒸水洗涤,最后在120℃的(de)空(kong)气烘箱中(zhong)干燥过(guo)夜,以备进一步使(shi)用。经过(guo)浓(nong)硝酸(suan),过(guo)氧化(hua)(hua)氢和(he)过(guo)硫酸(suan)铵氧化(hua)(hua)制成活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)。在反应时间(jian)之后,分(fen)离活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)并洗涤几天来除去(qu)过(guo)量的(de)试剂。

  活性炭表面的化学特征

  通(tong)过Boehm滴定(ding)(ding)法评估(gu)制备的(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)用于测(ce)(ce)定(ding)(ding)酸(suan)(suan)性(xing)(xing)和碱性(xing)(xing)官(guan)能团。酸(suan)(suan)性(xing)(xing)位点(dian)通(tong)过用NaOH滴定(ding)(ding)和碱性(xing)(xing)位点(dian)用HCl测(ce)(ce)定(ding)(ding)。进(jin)行电(dian)位滴定(ding)(ding)以发(fa)现表面酸(suan)(suan)度常数和零点(dian)电(dian)荷pH值pHZPC。活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)阳(yang)离(li)子交换容(rong)量由它(ta)们(men)从水溶液中交换复(fu)合(he)物的(de)(de)能力决(jue)定(ding)(ding)。

  批量吸附实验

  对于平衡吸附(fu)(fu)研究,将50mL含有镍(nie)的(de)(de)合成废水与所需(xu)量(liang)的(de)(de)活性炭混合,将浆液在机械振荡器中振荡2小时,并(bing)使用(yong)(yong)滤纸过滤。然后分析过滤的(de)(de)样品的(de)(de)未吸附(fu)(fu)的(de)(de)镍(nie)浓(nong)度(du)。用(yong)(yong)HCl或(huo)稀HNO3稀释进行pH调节。使用(yong)(yong)具有组合玻璃(li)和甘(gan)汞(gong)电极的(de)(de)pH计。吸附(fu)(fu)容量(liang)每克吸附(fu)(fu)剂加载的(de)(de)金属离子来(lai)计算。

  化学表征结果

  选择用(yong)于(yu)(yu)改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭表(biao)面(mian)(mian)的试剂都(dou)是(shi)氧化(hua)剂,目的是(shi)增加表(biao)面(mian)(mian)官能团的密度。从改性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭的化(hua)学表(biao)征结果可以(yi)(yi)看出,该任(ren)务成功实现。从图1中可以(yi)(yi)看出,从活性(xing)(xing)炭和几种氧化(hua)的活性(xing)(xing)炭动的酸度以(yi)(yi)相同的顺序增加。酸度增加是(shi)由于(yu)(yu)存在羧基,酚类等酸性(xing)(xing)基团。

  图1:氧化对活性炭表面电荷的影响。

  活性炭对镍的吸附

  用活性(xing)炭和(he)改性(xing)活性(xing)炭进(jin)行平衡(heng)吸(xi)附(fu)实(shi)(shi)验,以(yi)评估它(ta)们使(shi)用合(he)成的(de)镍废水(shui)(shui)从水(shui)(shui)性(xing)介(jie)质中(zhong)除去二(er)价镍的(de)能力。通(tong)过用0.1g活性(xing)炭与(yu)50mL浓度范围为10mg/L至250mg/L的(de)Ni(II)溶液平衡(heng)进(jin)行实(shi)(shi)验,结果(guo)显示在(zai)图2中(zhong)。活性(xing)炭的(de)每克吸(xi)附(fu)容量值按以(yi)下顺序增(zeng)加:活性(xing)炭>过氧(yang)化(hua)氢>硫酸铵>浓硝酸。氧(yang)化(hua)活性(xing)炭的(de)容量增(zeng)加是由(you)于存在(zai)大量酸性(xing)基(ji)团,其可(ke)以(yi)与(yu)水(shui)(shui)溶液中(zhong)存在(zai)的(de)阳离子镍交换它(ta)们的(de)质子。

  图2:镍(nie)在活性炭(tan)上(shang)的吸附等温线(xian)。

  通过(guo)pH变化(hua)研究进一步证实了表面基团在除去镍中(zhong)的(de)作(zuo)用。吸附受pH的(de)强烈影(ying)响,如(ru)图3所示。对(dui)于(yu)高于(yu)该pH的(de)Ni(II)沉淀物(wu),仅在pH值为7时进行研究。在高pH下(xia)较(jiao)高的(de)吸附能力是由于(yu)氧化(hua)活性炭的(de)表面官能团离子化(hua),导(dao)致对(dui)带正电的(de)Ni 2+离子具有更大的(de)保持力。

  图3:pH对活性(xing)炭吸附(fu)镍的(de)影响。

  通过(guo)使用过(guo)氧化氢,过(guo)硫酸(suan)(suan)铵(an)和硝酸(suan)(suan)改性(xing)(xing)(xing)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)显着(zhe)提高(gao)了镍的(de)(de)保留性(xing)(xing)(xing)。通过(guo)硝酸(suan)(suan)改性(xing)(xing)(xing),活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)最大吸(xi)附容量增(zeng)加到30%。镍在(zai)氧化的(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)上的(de)(de)吸(xi)附程(cheng)度的(de)(de)增(zeng)加是由于(yu)在(zai)氧化过(guo)程(cheng)中产(chan)生(sheng)的(de)(de)表面(mian)酸(suan)(suan)性(xing)(xing)(xing)基团。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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