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活性炭的制备

发布时间: 2021-11-29  点击次数: 76次

  低成本的活性炭制备,对环境治理的影响。近几十年来,数以千计的有机,无机和生物污染物排入环境,严重恶化了水质,特别是重金属污染,可能集中在生物体内,对大多数植物和动物不仅有高剂量的危害而且浓度相对较低。水环境中重金属污染物的持续存在,如高毒性砷,铬等,严重威胁水资源安全。许多研究已经应用于各种方法,如离子交换,溶剂萃取,化学沉淀和吸附以减少这些种金属离子的浓度。在这些方法中,吸附已被证明是的技术,由于其设计简单,高效,易于操作和重金属吸附剂如高分子杂化吸附剂,锰氧化物改性活性炭和碱金属纳米粒子已被很好地研究。有实验制备了具有羟基,烷氧基和氧基团的氧化铝纳米颗粒,通过阳离子交换从废水样品中有效去除镉.改性磁性Fe 3 O 4由于树胶的羧酸基团,阿拉伯树胶的胺基团和氧化铁的表面羟基基团的络合作用,可以从水溶液中快速地吸附铜金属离子。

  此外,许多作者已经使用的天然赤玉粘土,改性的脱乙酰壳多糖和活性炭用于除去铬和吸附剂从铁和铝衍生如粒状氢氧化铁,铁-加载海绵和三水铝石为减少砷。AsO 2 -(III),AsO 4 3-(V)等无机阴离子主要存在砷和铬的处理,即使采用吸附的方法,也没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)的毒性会严重破坏人体的健康,包括皮肤刺激,,严重腹泻以及肺,肝和肾损害,因为它的致畸性,诱变性,且对生物系统有致癌性。

  在这里,为了提高其活性炭的吸附能力,探索了丰富的资源之一的,为重金属处理制备了一种低成本,高效率的活性炭材料。(1)制备和表征MnCl 2浸渍活性炭复合材料、(2)测试其对As(III)和Cr(VI)的吸附能力、(3)研究Mn作为(三)和铬(六)吸附。

  图1:各种活性炭的N 2吸附 - 解吸等温线。

  活性炭的制备

  在容量瓶中制备0.2M(Mn-溶液)的储备溶液。7.692mmol L -1亚钠和3.401mmol L -1 重铬酸钾,并用0.01M NaCl稀释至所需浓度。本工作中使用的MnCl 2· 4H 2 O,亚钠,重铬酸钾,氯化钠等试剂均为分析纯。

  如下制备锰活性炭(MnBCs):将100ml Mn溶液与研磨的活性炭原材料混合,并且直径<0.80mm,在80℃下剧烈搅拌3h,超声处理1h,然后在105℃下干燥C。将生物炭前驱体连续加热至目标温度(300,400,500,600,700和800℃),最后在加热速率为10℃min -1下在100ml min -1氮气保持60分钟流。活性炭标记为MnBC300,MnBC400,MnBC500,MnBC600,MnBC700和MnBC800。对照生物炭也是通过与500℃下的锰活性炭相同的热解过程制备的,标记为CBC500。

样品S BET(m 2 / g)S 外部(m 2 / g)D p(nm)V 总计(cm 3 / g)
MnBC30017.279.23916.010.027
MnBC40019.356.35216.510.030
MnBC50019.478.00910.990.035
MnBC6006.7323.76512.30.012
MnBC7008.882.99810.150.011
MnBC8009.1265.9448.390.014

表1:活性炭的表面积和孔体积。

  吸附实验

  在含有0.1克吸附剂和50毫升0.385毫摩尔L -1亚钠或0.170毫摩尔L -1重铬酸钾溶液的100毫升消解容器中,在室温下研究pH对砷和铬去除的影响。用盐酸和氢氧化钠将pH值调节到2-12的范围内。

  吸附等温线实验通过将0.1g吸附剂与浓度范围为0.038-1.53​​8mmol L -1的50ml亚钠或重铬酸钾溶液(浓度范围为0.017-0.680mmol L -1)在pH水平船只。将上述所有容器在振荡器中以150rpm振荡2小时,然后置于恒温(25℃)水浴中24小时达到平衡。使用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP)和电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-MS)来检测砷和铬的浓度。

  吸附剂的表征

  N 2(0.162 nm 2)吸附 - 脱附实验,扫描电镜 - 能谱分析(SEM-EDS)和X射线衍射等手段对材料的表面特性进行了检测。测量了傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS),探讨了吸附机理。

  活性炭的特性

  N 2吸附 - 解吸等温线:为了研究MnCl 2活性炭的孔隙率,使用氮气吸附法(一种测定多孔吸附剂孔隙率的标准程序)来测定其表面积和多孔结构。图1显示了可逆的II型等温线,其由无孔或大孔吸附剂获得并表示无限制的单层 - 多层吸附。II型等温线包含B点,即等温线的几乎线性中间部分的开始,表明单层覆盖的终止阶段和多层吸附的开始。B点位于这条线上很远的地方,表明MnBC具有微小的微孔结构。

  图2: MnBC活性炭的孔分布。

  活性炭表面积和孔体积:活性炭的大部分孔径分布在20和200之间,这表明碳主要是中孔(图2)。表1显示了碳化温度和锰的显着影响氯化物对孔隙发育和比表面积的影响。比表面积和孔体积随着温度从300℃升高到500℃而增加,在600℃时显着下降,然后从600℃升高到800℃时再次增大。平均孔径与表面积和孔体积呈相反的变化规律。出乎意料的是,高碳化温度下的平均孔径呈现出与以前研究不同的变化趋势:孔径不增加,反而下降。通常,活性炭的孔径分布取决于活化温度,原料和保留时间。在一定温度范围内增加碳化温度增加了前体中挥发性物质的演变,使得孔隙发育的益处和创造新的孔隙。的热解作用,当超出该范围时,会造成微孔的崩溃和微孔的宽显著量中孔,质量只是下降。高热解温度下的异常变化趋势表明,活化剂必须在生物炭的孔结构和比表面积上有所不同。

  根据实验结果,合成了活性炭,并对砷和铬具有较高的吸附能力。巴赫吸附实验显示了一个适合吸附砷的Langmuir模型,而一个合适的Freundlich模型的铬吸附。配体交换主要是对砷的去除,而静电现象与铬的还原在铬的吸附过程中起着重要的作用。这项工作表明,锰改性生物炭提供了一种创新和有效的方式来利用秸秆资源的重金属污染物处理制备低成本的吸附剂。

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