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活性炭酸改性去除重金属

发布时间: 2021-11-29  点击次数: 42次

  活性炭酸改性去除重金属,环境污染的生态危机已经被归咎于不同的问题,其中以环境中金属或其物种的污染为主。重金属污染影响生态系统的植物,动物和其他非生物成分。当这些毒素堆积在我们的身体中时,它们阻断了必需矿物质的受体位点,使得诸如铁,钙和镁的矿物质不能被利用和吸收,从而服务于身体和酶功能,导致酶功能障碍,营养缺陷,激素失衡,障碍,损害大脑化学,甚至可能导致自身免疫性疾病,癌症和其他使人衰弱的慢性疾病。

  许多研究人员已经表明木质纤维素农业废弃物,特别是坚果壳,是非常好的候选材料作为从水溶液中去除重金属离子的前体。在一些地区,大量的棕榈油和椰子壳被当作农业废料。这些低成本的农业废弃物作为活性炭前体的使用是非常有前途的,但是它们作为金属离子清除剂的用途很少见。在这项研究中,活性炭是从油棕和椰子壳制备的,用磷酸低温活化,适合去除重金属离子。水合氧化铁分散的活性炭由酸活性炭的后续改性制备。用所研制的吸附剂测试了镍和铅的二价阳离子以及六价铬的含氧阴离子的去除。将吸附平衡和动力学数据拟合到各种模型,以评估和比较与常规活性炭的性能。

活性炭酸改性去除重金属

  活性炭磷酸活化增强正离子/元素去除(通过Boehm滴定定量表面官能团)

  通过Boehm滴定法测定了活性炭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团,结果为表1列出。在由NaHCO 3检测到的强酸性基团被认为是仅仅羧酸基团。然而,使用H 3 PO 4制备的活性炭可能含有强酸性的羟基(-OH)基团,因为含磷的酸性物质会附着在表面。因此,H 3 PO 4消耗NaHCO 3活性炭将羧酸以及亚磷酸定量为强酸性基团。碳酸钠除了强酸性基团(表1中的组I )外,还能够检测内酯。除了内酯之外,活性炭表面附着的中等强度的含磷酸也可以参与与Na 2 CO 3的中和反应。除了前述基团之外,氢氧化钠可以检测酚和膦酸,而乙醇钠(NaOEt)除了所有其它描述的基团之外还可以检测羰基。

表格1基于Boehm滴定法的中和能力和活性炭表面酸性基团的定量。

样品碱吸收量(meq·g -1
NaHCO 3Na 2 CO 3氢氧化钠乙醇钠
PSW-P-5001.03.04.54.5
PSW-P-AD-5001.03.04.54.8
CAC- - 0.5-

样品酸性组定量(meq·g -1
a第二组b第三组c第四组d
PSW-P-5001.02.01.5-
PSW-P-AD-5001.02.01.50.3
CAC- - 0.5-
a组I =强酸性基团,例如HO-PO 2 ħ 2,OH-PO 3 H ^ 2,OH-PR 3,-COOH
b组II =中等强度的亚磷酸,内酯等
c组III =酚类,膦酸
d组IV =羰基,NaOEt = NaOC 2 H 5

  活性炭pH值ZPC的测定(pH漂移法)

  图1显示了使用pH漂移法测定pH ZPC的实验结果。在此,将具有恒定离子强度(0.01M NaCl)的溶液的初始pH(pH i)对由活性炭平衡的pH(pH f)作图。将溶液的初始pH与通过一定量的吸附剂平衡的最终pH交叉的点处的pH称为pH ZPC。所制备的活性炭的低得多的ZPC表明其非常酸性(参见表2)。由于AC 的pH ZPC为6.4,不含强酸性基团,这与伯姆滴定法一致。考察了pH值的影响,评价了吸附的可行性和机理。由于活性炭的基本结构单元或石墨层被认为比表面官能团软,所以软离子对交界金属离子的吸附的竞争效应是非常有趣的。

  金属离子溶液和试剂各种Ni(II),Pb(II)和Cr(VI)物质的浓度为1000mg·L -1的储备溶液通过溶解适量的各种盐,硝酸镍(II)六水合物, )硝酸盐和重铬酸钾分别使用去离子蒸馏水(DDW)。通过随后稀释相应储备溶液来制备各种浓度的测试溶液。使用HNO 3和NaOH 将测试溶液的初始pH调节至选定的值。Ni(II)和Pb(II)的标准溶液由稀释各自的标准溶液(1000 mg·L -1)制备)使用先前用0.2%硝酸酸化的DDW。Cr(VI)的标准溶液由重铬酸钾干燥的盐制备。在Perkin Elmer Lambda25紫外 - 可见(UV-可见光)分光光度计分析Cr(VI)之前,通过将0.25g DPC溶于50mL丙酮中制备1,5-二苯基卡巴肼(DPC)溶液。

表2使用pH漂移法从交叉点获得活性炭的pH ZPC
SL。没有。活性炭pH ZPC
1PSW-P-AD-5003.1
2PSW-P-5003.3
3AC6.4

  吸附平衡和动力学

  Langmuir和Freundlich吸附等温线广泛用于评估和比较吸附剂的吸附性能。对三种制备好的和一种颗粒活性炭的性能进行了评估,并比较了在初始pH值为5时水溶液中Ni(II)和Pb(II)的去除。Cr(VI)的吸附在不同的pH通过各种吸附剂。然后,通过将吸附平衡数据拟合到Langmuir和Freundlich模型,将选择的吸附剂的性能与吸附剂的性能进行比较。

  所有批次吸附实验均在室温下进行,使用0.1g干燥的各种活性炭吸附剂加入聚丙烯离心管中的50mL金属离子溶液中。然而,吸附剂浓度保持恒定在2g·L -1。吸附平衡数据是通过改变初始金属离子浓度,活性碳质量,接触时间,振荡速率和初始pH保持不变而获得的。对于动力学研究,吸附作为时间的函数进行,保持初始溶液浓度和pH恒定。将管放置在定轨摇床中,摇动速度为每分钟160转(rpm),平衡3天。此后,倾析溶液,并使用pH计测量溶液的初始和最终pH。倾析的Ni(II)和Pb(II)溶液用酸化(0.2%HNO 3)稀释)使用400火焰原子吸收光谱法(AAS)分析之前的DDW。在适当稀释后,使用H 2 SO 4稀释倾析的Cr(VI)溶液以获得溶液的pH为1,随后添加适量的1,5-二苯基卡巴肼溶液(0.5mL DPC溶液/每25mL稀释的Cr VI)解决方案)。在10分钟内发生颜色显现后,使用紫外可见分光光度计分析溶液。

  制备的活性炭在去除重金属离子如Ni(II)(19.6mgg -1)和Pb(II)(74.6mg ·g -1)时具有显着更高的吸附容量。常规活性炭对Cr(VI)(q max = 71 mg·g -1)的氧阴离子的去除吸附能力高于制备的活性炭(q max = 46.30 mg·g -1)。然而,常规活性炭由于其在低浓度范围内的较低吸附容量而具有一些局限性。因此,它不适合饮用水净化。相比之下,酸性活性炭具有在低浓度下完全清除一些重金属阳离子和阴离子的潜力,这表明其对所有重金属离子具有更强的亲和力。形成表面酸性基团的磷酸激活因此产生适于去除重金属离子的活性炭。据观察,尽管活性炭对重金属的二价阳离子的亲和力非常差,但是酸活性炭具有从极稀溶液中除去这些阳离子的潜力。活性炭虽然具有很高的Cr(VI)吸附容量,酸性活性炭在低浓度范围内表现更好。因此推测来自油棕和椰子壳的酸性活性炭可能适合用于饮用水净化目的以去除重金属离子。

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