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活性炭吸附砷的能力怎么提高
文章作者:bet356下载网络部 更新时间:2021-7-6 16:38:07

  活性炭吸附砷的能力怎么提高

  砷(shen)(shen)是一种(zhong)(zhong)有毒(du)的(de)(de)准(zhun)金属(shu),可以(yi)在天(tian)然硫化(hua)(hua)矿物(wu)(wu)或沉积物(wu)(wu)中找到。这些天(tian)然砷(shen)(shen)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)通常通过火(huo)山(shan)活(huo)动和风(feng)化(hua)(hua)反应等全球地(di)球化(hua)(hua)学(xue)活(huo)动释放到水中。此(ci)外,也有人为的(de)(de)砷(shen)(shen)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)释放到自然界中。自然界中释放的(de)(de)砷(shen)(shen)的(de)(de)主(zhu)要无(wu)机种(zhong)(zhong)类是无(wu)机形式。三价砷(shen)(shen)是厌氧(yang)条件下的(de)(de)主(zhu)要污染物(wu)(wu),其毒(du)性(xing)(xing)大于五价砷(shen)(shen)。从(cong)水中除去超标的(de)(de)砷(shen)(shen),吸(xi)附(fu)(fu)(fu)法是比较(jiao)好用的(de)(de),活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)是常用材料。为了提高活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)对砷(shen)(shen)的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)能力,使用苯胺(an)对各(ge)种(zhong)(zhong)原材料进(jin)行热(re)化(hua)(hua)学(xue)气相沉积以(yi)制备掺氮活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)样品,再来测试对砷(shen)(shen)的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)能力。

  怎么提高活性炭的吸附能力

  加热(re)和(he)氮(dan)掺杂处理(li)(li)可以增加活性(xing)炭(tan)的(de)阴离子(zi)(zi)吸附(fu)能(neng)(neng)力(li)。在950℃下加热(re)活性(xing)炭(tan)以通(tong)过(guo)含氧酸性(xing)官能(neng)(neng)团的(de)分(fen)解(jie)(jie)来增强石墨(mo)烯层上(shang)(shang)的(de)π电(dian)(dian)子(zi)(zi)。石墨(mo)烯层上(shang)(shang)的(de)π电(dian)(dian)子(zi)(zi)可以吸引一些质子(zi)(zi),导致吸附(fu)位点(dian)略有增加,并且(qie)通(tong)过(guo)退(tui)(tui)火(huo)(huo)过(guo)程分(fen)解(jie)(jie)含氧酸性(xing)官能(neng)(neng)团会(hui)增强π电(dian)(dian)子(zi)(zi),因为这些官能(neng)(neng)团被称为电(dian)(dian)子(zi)(zi)-撤(che)回(hui)团体。经过(guo)热(re)处理(li)(li)使活性(xing)炭(tan)样品具有抵抗蒸(zheng)汽活化的(de)硬度(du),因此(ci),我们必须在最后一步进(jin)行退(tui)(tui)火(huo)(huo)过(guo)程,因为在退(tui)(tui)火(huo)(huo)后无(wu)法正确进(jin)行蒸(zheng)汽活化。并且(qie)通(tong)过(guo)热(re)处理(li)(li)从(cong)其他表(biao)(biao)面氮(dan)物种(zhong)形(xing)成季氮(dan),进(jin)行实际检测来证明活性(xing)炭(tan)的(de)原始表(biao)(biao)面性(xing)质对砷吸附(fu)能(neng)(neng)力(li)的(de)影响。

  根据溶液pH值对砷的潜在吸附位点

  活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)阴(yin)离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)能力通常受溶液pH值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)影响。因此(ci),我们(men)使用吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)实(shi)验(yan)数(shu)据(ju)评(ping)估(gu)了(le)所有(you)pH范围(wei)(wei)内砷的(de)(de)(de)潜在(zai)(zai)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)位点(dian)(dian)(dian)。pH2-12吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)容量(liang)的(de)(de)(de)结果如图1所示。所有(you)样品在(zai)(zai)pH7附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)近(jin)表(biao)现(xian)出(chu)高吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)能力。通常,酸(suan)性(xing)(xing)pH条(tiao)(tiao)件下的(de)(de)(de)阴(yin)离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)能力取决(jue)于(yu)(yu)碱(jian)(jian)性(xing)(xing)官能团(tuan)的(de)(de)(de)数(shu)量(liang)。作为(wei)基本官能团(tuan)的(de)(de)(de)例子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi),石墨(mo)烯层上的(de)(de)(de)π电子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)可(ke)以吸(xi)(xi)(xi)引一(yi)些质子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi),导(dao)致吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)位点(dian)(dian)(dian)略(lve)有(you)增(zeng)加。此(ci)外,吡(bi)啶氮(N-6)、吡(bi)咯氮(N-5)和(he)胺基团(tuan)在(zai)(zai)低于(yu)(yu)特(te)定pH值(zhi)(zhi)时会(hui)变(bian)成(cheng)(cheng)带(dai)(dai)正电荷的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)位点(dian)(dian)(dian),这(zhei)(zhei)取决(jue)于(yu)(yu)它(ta)们(men)的(de)(de)(de)酸(suan)度系数(shu),而(er)(er)季(ji)氮始(shi)终以带(dai)(dai)正电的(de)(de)(de)形式(shi)存在(zai)(zai)。因此(ci),当这(zhei)(zhei)些位点(dian)(dian)(dian)根据(ju)它(ta)们(men)的(de)(de)(de)酸(suan)度系数(shu)在(zai)(zai)某(mou)些酸(suan)性(xing)(xing)pH范围(wei)(wei)内变(bian)成(cheng)(cheng)正电荷时,它(ta)们(men)可(ke)以充(chong)当阴(yin)离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)位点(dian)(dian)(dian)。由(you)于(yu)(yu)这(zhei)(zhei)个原因,碳的(de)(de)(de)活化在(zai)(zai)酸(suan)性(xing)(xing)pH值(zhi)(zhi)而(er)(er)不是碱(jian)(jian)性(xing)(xing)pH值(zhi)(zhi)条(tiao)(tiao)件下表(biao)现(xian)出(chu)相(xiang)对较高的(de)(de)(de)砷吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)能力。然(ran)而(er)(er),H3AsO4的(de)(de)(de)酸(suan)度系数(shu)值(zhi)(zhi)为(wei)2.19、6.94和(he)11.5。例如,砷酸(suan)盐(yan)的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)种(zhong)类是H3AsO4和(he)H2AsO4-在(zai)(zai)pH值(zhi)(zhi)2.19。因此(ci),当溶液pH值(zhi)(zhi)低于(yu)(yu)2时,砷的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)种(zhong)类变(bian)为(wei)中性(xing)(xing)。活性(xing)(xing)炭(tan)和(he)被吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)物之间的(de)(de)(de)静电相(xiang)互作用变(bian)得排(pai)斥。此(ci)外,由(you)于(yu)(yu)用盐(yan)酸(suan)调(diao)节(jie)pH,砷酸(suan)盐(yan)和(he)氯(lv)离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)之间的(de)(de)(de)竞争会(hui)抑(yi)制砷酸(suan)盐(yan)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)。相(xiang)反,砷的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)种(zhong)类是碱(jian)(jian)性(xing)(xing)pH范围(wei)(wei)内的(de)(de)(de)阴(yin)离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)。然(ran)而(er)(er),当溶液的(de)(de)(de)碱(jian)(jian)度大于(yu)(yu)每个样品的(de)(de)(de)pHpzc时,碳表(biao)面(mian)带(dai)(dai)负电荷。这(zhei)(zhei)些强(qiang)碱(jian)(jian)性(xing)(xing)条(tiao)(tiao)件在(zai)(zai)静电上不适(shi)合阴(yin)离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)。此(ci)外,过量(liang)的(de)(de)(de)氢氧根离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)也在(zai)(zai)碱(jian)(jian)性(xing)(xing)区(qu)域中充(chong)当强(qiang)竞争离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)。综上所述,阴(yin)离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)在(zai)(zai)碱(jian)(jian)性(xing)(xing)pH范围(wei)(wei)内是不利的(de)(de)(de)。

  图1:活性炭在各种平衡(heng)pH范围内对砷吸附的影响。

  吸附等温线

  我们在(zai)(zai)图2中(zhong)显示(shi)了(le)连续加热处理活性(xing)炭的(de)(de)(de)朗缪(mou)尔吸(xi)(xi)附等温线(xian)。由于(yu)显示(shi)出大(da)吸(xi)(xi)附容(rong)量的(de)(de)(de)pH值(zhi)较(jiao)窄(zhai),因此(ci)(ci)我们将平衡pH条(tiao)件确定(ding)为pH6.6-7.0。在(zai)(zai)此(ci)(ci)范围内,大(da)多(duo)数经(jing)CVD处理的(de)(de)(de)样品(pin)显示(shi)出稳定(ding)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附能(neng)力。决定(ding)系数指出朗缪(mou)尔等温线(xian)与(yu)所有(you)样品(pin)的(de)(de)(de)合适匹(pi)配。因此(ci)(ci),该(gai)结果表明砷(shen)吸(xi)(xi)附可以(yi)发生(sheng)在(zai)(zai)单层上。总(zong)之,该(gai)结果支持了(le)砷(shen)酸盐(yan)吸(xi)(xi)附发生(sheng)在(zai)(zai)NQ位点(dian)、石墨烯(xi)层上的(de)(de)(de)π电(dian)子质子化以(yi)及(ji)活性(xing)炭的(de)(de)(de)含氧和氮的(de)(de)(de)基本官(guan)能(neng)团质子化的(de)(de)(de)想法。

  图2:活性(xing)炭的砷吸附朗(lang)缪尔吸附等温线。

  具有微孔(kong)表(biao)(biao)面(mian)的(de)活性(xing)炭适合作为砷吸(xi)附剂,实验结(jie)果是增(zeng)加(jia)(jia)活性(xing)炭的(de)比(bi)表(biao)(biao)面(mian)积和高浓度(du)的(de)季(ji)氮(dan)(dan)(dan)含量将增(zeng)强所有pH范(fan)围内的(de)砷吸(xi)附。蒸汽(qi)活化(hua)的(de)连续处理(li)前(qian)驱体(ti)的(de)氮(dan)(dan)(dan)含量影响(xiang)了基本官能团,因此由低含氮(dan)(dan)(dan)前(qian)驱体(ti)制(zhi)成(cheng)的(de)样(yang)品在(zai)酸(suan)性(xing)pH条(tiao)件下表(biao)(biao)现(xian)出低砷吸(xi)附能力。如(ru)果热(re)(re)(re)处理(li)后(hou)的(de)结(jie)构容易被活化(hua)工(gong)艺(yi)破(po)坏,热(re)(re)(re)化(hua)学(xue)气(qi)相沉(chen)积工(gong)艺(yi)后(hou)产(chan)生的(de)表(biao)(biao)面(mian)会在(zai)活化(hua)过(guo)程中丢失。热(re)(re)(re)化(hua)学(xue)气(qi)相沉(chen)积工(gong)艺(yi)引入(ru)的(de)氮(dan)(dan)(dan)将在(zai)整(zheng)个pH范(fan)围内的(de)砷吸(xi)附机(ji)制(zhi)中发挥(hui)重(zhong)要作用(yong)。因此,活性(xing)炭前(qian)体(ti)应具有抗(kang)热(re)(re)(re)处理(li)的(de)刚性(xing)表(biao)(biao)面(mian),经过(guo)处理(li)后(hou)氮(dan)(dan)(dan)含量增(zeng)加(jia)(jia)了1.7%。由于其介孔(kong)表(biao)(biao)面(mian),增(zeng)加(jia)(jia)是所有前(qian)体(ti)中比(bi)较高的(de)。

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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