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活性炭吸附水中的铅

发布时间: 2021-11-29  点击次数: 63次

  今天来介绍活性炭吸附水中的铅,重金属的水污染被认为是对环境,特别是对人类健康的严重威胁。由于工业或采矿活动的残留排放,天然水可能被金属离子污染。废水中见的有毒金属是铜,镉,铬,镍,锌和铅。由于工业过程和新技术的发展,过去几十年来,重金属对水的污染有所增加。从水中除去重金属的不同方式研究的重要性在于它们在活生物体中的毒性,持久性和积累。在废水中发现的见的有毒金属之一是铅,即使在少量量水平下也是有毒的。在图1中,示出了作为pH的函数的水溶液中的铅物质的图。根据图1,pH约为6,主要种类为Pb 2 +,Pb(OH)2(s)和PbOH +(可溶性物质)开始形成。

  尽管有几种方法用于从水中去除重金属,但效的方法之一就是吸附在活性炭上,活性炭是一种通用的吸附剂,因为它具有大的比表面积,孔径分布和不同官能团的存在表面。用于液相吸附的活性炭必须具有一定体积的大孔,以促进液体扩散到更小的孔中。活性炭是泛的吸附剂,因为其面积大,多模多孔结构(基本上是微孔的),高吸附能力和可变表面化学成分。因此,在许多领域中有许多应用,例如在气相或液相中。

  因此,有必要研究开发出通过吸附廉价且高度保留重金属的新型吸附剂材料。因此,从农业或农业工业废料生产活性炭已成为若干研究的目的,其中可以提到由果壳,椰壳制备的活性炭,还有各种纤维材料制成的活性炭等等。农产品生产量大,成本低廉,处置问题严重。它们成为获得多种类型活性炭质材料的有利原料,例如,生产的地方,每天可能生产出几百吨果壳、纤维渣废物,这些都是通过热处理可以富集碳含量的纤维素材料,这些材料能够形成不同尺寸的多个孔,这取决于激活方法。农业木质纤维素废物已被广泛研究,并被证明是生产用于从水溶液中除去金属离子的活性炭的好材料。

活性炭吸附水中的铅

  还已知对吸附正电荷物质效的活性炭是在其表面上具有作为离子交换剂的作用的氧官能团的氧化碳。活性炭的化学成分对其性能有影响; 位于芳族层的末端的活性炭可能形成CO键,因此可以将大量的氧和其它原子加入到活性炭表面上,因此,酸基的发展可以用氧(空气)或其他氧化剂。

  在本研究中,选择三种木质纤维素材料作为前体,通过使用硝酸作为活化剂进行化学活化。由此获得的活性炭对Pb 2+离子具有高吸附能力。该离子的吸附能力与在所获得的不同活性炭表面上形成的氧化基团的类型和数量有关。介绍了硝酸对每种碳获得的结构和表面化学性质的影响结果。此外,如何通过改变溶液的pH来影响制备的活性炭中Pb 2+离子的吸附能力。

  使用三种不同的纤维此阿里获得的活性炭被称为ACB,ACS,ACP,活性炭的元素分析结果如表1所示。可以看出,被认为是木质纤维素前体的材料具有高含量的活性炭,并且从中得到具有良好吸附剂特性的活性炭。使用硝酸的改性提高了铅离子的吸附能力。这与碳氧化反应的酸性官能表面基团的增加以及碳表面总电荷的增加相一,。获得的活性炭的表面化学结构的特征在于形成酸型氧合基团,当用作吸附剂或作为催化剂载体时,其影响其性能。为了通过这种多孔固体(如水溶液中的金属离子)吸附无机化合物,最重要的变量是表面络合物的性质,甚至超过吸附剂的表面积和孔隙率。

  活性炭,ACB,ACP和ACS在77 K下的N 2吸附等温线如图所示。表2包括在77K 的N 2和273K 的CO 2的微孔体积V o和活性炭的总体积V T的值。通过使用方程分析77 K处的N 2和273 K处的CO 2的物理吸附等温线来推导出体积。三种材料具有适合溶液吸附的表面积值,可以看出,具有表面积的活性炭为1100m 2 g -1,由锯屑得到。对于所有活性炭,Vo(CO 2)和Vo(N 2)的值相似; 通过上述两种碳的氮气和二氧化碳吸附获得类似的微孔体积值的事实表明这些碳的微孔隙窄而均匀。对于ACS,微孔体积和两种吸附物(N 2和CO 2)之间的差异较大,表明微孔隙也较大。因此,值得一提的是,等温线的形状发生变化,表明每当改变前体材料时,孔被修饰。可以看出,ACS有比其他两个活性炭更大的孔体积和表面积。这些碳的表面特性对Pb 2+离子的吸附能力有直接的影响。

  酸和碱性部位的总含量以及氧化基团的分布结果示于表3。从锯末,ACS获得的碳中酸性位点的发展更加广泛,使得它更能够在这些位置上从水溶液中吸附金属阳离子。用HNO 3浸渍前体材料 使酸基含量高于碱性基团含量。当活性炭在获得后经历氧化过程时,发生类似的行为。酸和碱性基团的含量之间的差异通过用通过活化方法引入的硝酸形成的氧化基团的产生来解释。

活性炭吸附铅

  所获得的活性炭的零电荷点pH值PZC的 pH 如表3所示。pH PZC值是表面官能团对溶液的pH无贡献的点。生成的活性炭是在pH > pH PZC下去除Pb 2+离子的有效吸附剂。对活性炭测定的pH PZC值表示其酸性质,这是由于施用于碳的处理而预期的,这引起了如表3所示的氧化基团。至于酸位点的分布,羧酸基团的数目是碳ACB和ACS,这也产生了更小的酸性pH较大PZC值,因为这些基团对应于较高的强度的酸。ACP具有较高含量的酚类组分,其pH PZ,4.1。一旦已经制备和表征活性炭,在298K处,在不同的pH值范围为2和8之间获得了离子Pb 2+的吸附等温线。图3至5 中显示了等温线,其中可以看出对于三种活性炭,吸附的pH为4。观察到的吸附是活性炭ACS,其中表面特性对所述吸附能力具有影响,而具有相同量级的表面积和微孔体积的碳ACP和ACB具有相似的吸附能力。 ACS上的Pb 2+吸附量约为17.5 mgg -1,可能与表面酸基含量有关,因为它具有的总酸度值6.93 meqg -1,反之,羧基含量, 4.45 meqg -1。

  通过化学处理获得活性炭,对铅离子具有高吸附能力。硝酸在三种木质纤维素材料上的化学处理产生了表面积在860和1100m 2g -1之间的活性炭,孔体积在0.27和0.55cm 3 .g -1之间,表面特征有助于离子吸附。对于ACS,用硝酸浸渍在碳表面上产生的总量增加4.13至6.93mmol / l,具有较高比例的有利于 pH4的Pb 2+吸附的羧基。对于所获得的活性炭,其吸附容量从13.7至17.5mg.g -1变化,其中由于其表面积,孔体积和总酸度的高值,ACS是吸附的活性炭。溶液的变化表明,对于所评估的范围,2-8,在pH2时,活性炭带正电,导致表面与Pb 2+离子之间的静电排斥。当pH> pH PZC时,固体负电荷,这种条件有利于Pb 2+离子与表面之间的相互作用,从而增加Pb 2+离子对具有表面积和体积的活性炭的吸附。当pH> 4时,氢氧化铅物质影响吸附过程,特别是在活性炭表面沉淀的固体氢氧化物。

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