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活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

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活性炭吸附甲基紫
文章作者:韓研網絡部 更新時間:2018-7-31 16:36:19

  在這研究中,我們使用活性炭吸附水中的甲基紫染料,使用新型材料和一些化學活化方法來制作活性炭,測試活性炭的吸附量和脫色效果。通過微波輻射活性炭進行活化以加速活化時間。活性炭通過FTIR,SEM和BET表征。結果表明,新型材料制造的活性炭具有可吸附甲基紫的官能團。

  世界上的染料產量估計為每年幾千噸,大約15%的染料廢物已經排放到環境中。最常見的一種染料是甲基紫,通常來自工業油墨,油漆和紡織品。這種染料的存在對水生生物是危險的,因為它被認為是致突變和有絲分裂的毒物,因而致癌。已經開發了各種方法來克服該染料在水中的污染,包括光催化,膜和活性炭吸附。活性炭吸附是一種很有前途的替代方法,相對簡單,便宜,并且可以低濃度應用。已經使用幾種類型的吸附劑來降低水中的染料濃度。來自椰殼的水熱活性炭能夠以99.1%的比例吸附偶氮染料。然而,該方法需要相對高的能量,因此活性炭昂貴且難以在工業中應用。因此,需要簡單且廉價的活性炭合成。其中一個例子是微波輻射輔助加熱系統和KOH作為活化劑來活化活性炭。微波是一種電磁波,當波被人體物體吸收時,會產生熱效應。與傳統的加熱方法相比,微波輻射具有幾個優點,包括快速升溫,均勻的溫度分布,減少處理時間以及能耗。在該研究中,已經研究了使用新型材料作為原料來合成活性炭吸附率超過90%。

  圖1:SEM顯微照片(a)炭,(b)活性炭。

  活性炭吸附實驗材料和方法

  1、吸附物甲基紫(化學級試劑)用作吸附物而無需進一步純化。通過將甲基紫粉末溶解在不同初始濃度(50,100,150,200,250,300,350,400,450和500mg/L)的蒸餾水中來制備樣品溶液。

  2、制備活性炭,活性炭原材料在105℃的烘箱中干燥以除去水分。然后將干燥的材料壓碎并使用150目篩子篩分。然后,通過在700℃的爐中加熱2小時來實現材料碳化。

  3、微波誘導的活化過程將制備的活性炭與氫氧化鉀(KOH)混合,浸漬比為1:1(wt/wt%)。然后將得到的活性炭漿料置于安裝在微波室中的玻璃反應器中。微波操作輸入功率為180W,頻率為2.45GHz。加熱時間設定為10分鐘。在活化和冷卻過程中,純氮氣流保持在1cm3 min-1的流速。將得到的活性炭用0.1M HCl洗滌,然后用蒸餾水沖洗直至達到6-7的pH,最后在120℃的烘箱中干燥。干燥的活性炭即可用于吸附測試。

  4、吸附實驗在含有0.06g活性炭和100mL甲基紫溶液的250mL錐形瓶中進行幾次間歇吸附實驗,并置于120rpm的振蕩器中。研究了pH在3,5,7和9范圍內的影響。使用0.1M HCl和0.1M NaOH調節pH。還進行接觸時間(5,10,15,20,30,60,90,120,150和180分鐘)的影響以研究平衡吸附時間。還研究了具有不同初始濃度(50,100,150,200,250,300,350,400,450和500mg/L)的甲基紫。通過使用UV-Vis分光光度計在581nm處的吸光度測量分析吸附前后甲基紫的濃度。

  圖2:pH對活性炭吸附甲基紫的影響(條件:初始濃度=100mg L-1,接觸時間=120 min,活性炭劑量=0.6g L-1)。

  如圖1a所示,活性炭似乎含有大量的碳化雜質產物。雖然活性炭更純,但這可能是由于活化過程中N2的流動(見圖2b)。另外,BET分析表明,活性炭具有較大的比表面積。使用(BJH)的方法分析活化物的孔徑分布。甲基紫的吸附在不同的pH 3,5,7和9下研究pH對活性炭吸附甲基紫的影響如圖2所示。該圖顯示在pH 9時,染料吸附量達到最高速率(99.76%)。活性炭在低pH下傾向質子化,使活性位點成為正含量。這導致活性位點之間的排斥與甲基紫也是正含量的,因此難以發生吸附過程。可以得出結論,活性炭對甲基紫吸附的最佳pH值為pH=9.接觸時間對初始濃度為100mg/L的活性炭吸附甲基紫的影響如下所示:圖3兩條曲線均顯示吸附在前10分鐘內迅速增加,然后逐漸減慢直至達到平衡時間。這種現象可能是由于在初始階段有大量空位表面可用于吸附,因此活性炭吸附的甲基紫的趨勢仍然很高。達到平衡后,吸附的甲基紫的量不隨時間的進一步增加而變化。

  圖3:接觸時間對活性炭吸附甲基紫的影響(條件:初始濃度=100mg L-1,pH=9,活性炭劑量=0.6g L-1)。

  圖4顯示吸附的甲基紫的量隨甲基紫初始濃度的增加而增加,并在達到平衡后保持恒定。這可能是因為增加濃度也會增加驅動力,因此吸附質向活性炭的傳質速率也會更快。

  圖4:初始濃度對活性炭吸附甲基紫影響(條件:pH=9,接觸時間=90分鐘,活性炭劑量=0.6g L-1)。

  結論表明目前的研究已經證明了新型材料通過微波加熱誘導的KOH活化制備活性炭的適用性。通過微波加熱系統在短的活化時間內產生的活性炭擁有高比表面積,并且活性炭擁有高效吸附甲基紫的能力。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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