活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產學研合作

　　鎳通常用于精煉，電鍍和焊接工業(yè)，并且在這種用鎳工業(yè)中溶液引起泄漏或者處理不當造成環(huán)境污染。由于經常接觸鎳和鎳化合物，會對生物造成各種問題，因為鎳具致突變性。雖然鎳有很多危害，但其化合物的生產至關重要，所以需要研究減少鎳從廢物流中輸入環(huán)境的方法。這次研究我們采用簡單碳化法從椰殼中制備的活性炭被不同的氧化劑氧化，即過氧化氫，過硫酸銨和硝酸等。通過Boehm和電位滴定和IR光譜表征未氧化和氧化后活性炭的表面。測試制備的活性炭通過間歇模式吸附實驗從水溶液中除去鎳離子的能力。氧化增加了活性炭上的表面酸性基團，從而使活性炭對鎳的親和力增加。

　　雖然有很多種物理化學處理并成功地用于從污染的廢水中去除鎳等重金屬。但是活性炭吸附一直是從水中去除重金屬離子的有前途的技術。盡管活性炭的去除效率主要取決于活性炭的孔結構和總表面積，但表面的化學性質(表面官能團的性質和密度)在去除離子或極性物質中是至關重要的。

　　活性炭吸附劑的制成

　　選擇椰殼為活性炭的原料，通過在馬弗爐中在400℃的溫度下將椰殼碳化1小時來制備碳化料。將其研磨，篩分得到尺寸為150-250μm的顆粒。用雙蒸水洗滌，最后在120℃的空氣烘箱中干燥過夜，以備進一步使用。經過濃硝酸，過氧化氫和過硫酸銨氧化制成活性炭。在反應時間之后，分離活性炭并洗滌幾天來除去過量的試劑。

　　活性炭表面的化學特征

　　通過Boehm滴定法評估制備的活性炭用于測定酸性和堿性官能團。酸性位點通過用NaOH滴定和堿性位點用HCl測定。進行電位滴定以發(fā)現(xiàn)表面酸度常數和零點電荷pH值pHZPC。活性炭的陽離子交換容量由它們從水溶液中交換復合物的能力決定。

　　批量吸附實驗

　　對于平衡吸附研究，將50mL含有鎳的合成廢水與所需量的活性炭混合，將漿液在機械振蕩器中振蕩2小時，并使用濾紙過濾。然后分析過濾的樣品的未吸附的鎳濃度。用HCl或稀HNO3稀釋進行pH調節(jié)。使用具有組合玻璃和甘汞電極的pH計。吸附容量每克吸附劑加載的金屬離子來計算。

　　化學表征結果

　　選擇用于改性活性炭表面的試劑都是氧化劑，目的是增加表面官能團的密度。從改性活性炭的化學表征結果可以看出，該任務成功實現(xiàn)。從圖1中可以看出，從活性炭和幾種氧化的活性炭動的酸度以相同的順序增加。酸度增加是由于存在羧基，酚類等酸性基團。

　　圖1：氧化對活性炭表面電荷的影響。

　　活性炭對鎳的吸附

　　用活性炭和改性活性炭進行平衡吸附實驗，以評估它們使用合成的鎳廢水從水性介質中除去二價鎳的能力。通過用0.1g活性炭與50mL濃度范圍為10mg/L至250mg/L的Ni(II)溶液平衡進行實驗，結果顯示在圖2中。活性炭的每克吸附容量值按以下順序增加：活性炭>過氧化氫>硫酸銨>濃硝酸。氧化活性炭的容量增加是由于存在大量酸性基團，其可以與水溶液中存在的陽離子鎳交換它們的質子。

　　圖2：鎳在活性炭上的吸附等溫線。

　　通過pH變化研究進一步證實了表面基團在除去鎳中的作用。吸附受pH的強烈影響，如圖3所示。對于高于該pH的Ni(II)沉淀物，僅在pH值為7時進行研究。在高pH下較高的吸附能力是由于氧化活性炭的表面官能團離子化，導致對帶正電的Ni 2+離子具有更大的保持力。

　　圖3：pH對活性炭吸附鎳的影響。

　　通過使用過氧化氫，過硫酸銨和硝酸改性活性炭顯著提高了鎳的保留性。通過硝酸改性，活性炭的最大吸附容量增加到30%。鎳在氧化的活性炭上的吸附程度的增加是由于在氧化過程中產生的表面酸性基團。

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