活性炭國家專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)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(jīng)常接觸鎳和鎳化合物，會(huì )對生物造成各種問(wèn)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(chǎn)至關(guān)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(jiǎn)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(guò)氧化氫，過(guò)硫酸銨和硝酸等。通過(guò)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(guò)間歇模式吸附實(shí)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(xué)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(shù)。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(xué)性質(zhì)(表面官能團的性質(zhì)和密度)在去除離子或極性物質(zhì)中是至關(guān)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(guò)在馬弗爐中在400℃的溫度下將椰殼碳化1小時(shí)來(lái)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(guò)夜，以備進(jìn)一步使用。經(jīng)過(guò)濃硝酸，過(guò)氧化氫和過(guò)硫酸銨氧化制成活性炭。在反應時(shí)間之后，分離活性炭并洗滌幾天來(lái)除去過(guò)量的試劑。

　　活性炭表面的化學(xué)特征

　　通過(guò)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(diǎn)通過(guò)用NaOH滴定和堿性位點(diǎn)用HCl測定。進(jìn)行電位滴定以發(fā)現表面酸度常數和零點(diǎn)電荷pH值pHZPC�；钚蕴康年�(yáng)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(shí)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(shí)，并使用濾紙過(guò)濾。然后分析過(guò)濾的樣品的未吸附的鎳濃度。用HCl或稀HNO3稀釋進(jìn)行pH調節。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(lái)計算。

　　化學(xué)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(xué)表征結果可以看出，該任務(wù)成功實(shí)現。從圖1中可以看出，從活性炭和幾種氧化的活性炭動(dòng)的酸度以相同的順序增加。酸度增加是由于存在羧基，酚類(lèi)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(jìn)行平衡吸附實(shí)驗，以評估它們使用合成的鎳廢水從水性介質(zhì)中除去二價(jià)鎳的能力。通過(guò)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(jìn)行實(shí)驗，結果顯示在圖2中�；钚蕴康拿靠宋�附容量值按以下順序增加：活性炭>過(guò)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(yáng)離子鎳交換它們的質(zhì)子。

　　圖2：鎳在活性炭上的吸附等溫線(xiàn)。

　　通過(guò)pH變化研究進(jìn)一步證實(shí)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(shí)進(jìn)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(guò)使用過(guò)氧化氫，過(guò)硫酸銨和硝酸改性活性炭顯著(zhù)提高了鎳的保留性。通過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的表面酸性基團。

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