活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附合成废水中的高锰酸钾

　　高锰酸钾(KMnO4)是一种强氧化剂，通常用于净化水，去除多种污染物，主要用于破坏对处理后的水造成不良味道、气味和颜色的化合物。值得注意的是，高锰酸盐仍然是用于从水中去除铁、锰和砷的氧化性的化学品之一，此外，它还具有很强的氧化氰化物、酚类和有机化合物的能力。但是过量接触高锰酸钾可能会出现很多问题。因此，我们使用了多种活化方式制成活性炭用来从污染水中去除高锰酸钾的研究。

　　活性炭吸附剂的制备和改性

　　原材料用蒸馏水洗涤数次，然后干燥24小时，然后将原料通过电动研磨机获得的粉末。将100g样品与1L草酸(20%w/w)一起回流180分钟，然后让混合物在室温下冷却。将出售的部分通过过滤分离，以除去任何过量的草酸，将该固体与250mL/2M盐酸一起加热90分钟。然后，对新混合物进行多次过滤并用蒸馏水冲洗以得到干净的固体，以除去样品中存在的任何水分，将固体在130℃的烘箱中放置30小时。最后，为保证样品的均匀性，将干燥的固体研磨过筛，得到草酸活化的活性炭粉末。对含有100g原料和1L20%w/w氯化锌酸性溶液的混合物以及100g原料和20%w/w氯化锌酸性溶液和50g铜的混合物重复相同的程序。得到的氯化锌活化的活性炭和氯化锌/硫化铜活化的活性炭。总计三种活化方式制成的活性炭吸附剂。

　　三个改性活性炭和未改性活性炭样品的SEM图像的光谱分别如图1a-d所示。当比较改性活性炭和与未改性活性炭(a)的SEM图像时，可以看出活性炭的表面已通过改性程序显着改变，因为大多数改性吸附剂褶皱变形，结构分散。此外，改性吸附剂表面出现了多个异质孔和孔隙，从而提高了吸附性能。从图1c还可以看出，改性活性炭的微孔密度大于其他样品的其余部分。程的成功，也证实了活性炭表面官能团的多样性，这将在以后从水中吸附高锰酸盐方面发挥有效作用。

　　图1：(a)活性炭和(b)氯化锌改性和(c)草酸改性和(d)氯化锌/硫化铜改性的SEM图像。

　　吸附实验过程

　　为了确定在当前研究中开发的用于从合成水样中去除高锰酸钾效果好的吸附剂，将20mL的100mg/L-1高锰酸钾溶液浓度与0.03g活性炭混合在30mL琥珀色瓶中。使用摇床培养箱在27℃和180rpm下搅拌密封的琥珀瓶30小时。之后，过滤混合物，使用紫外-可见分光光度计在525nm处测量滤液中KMnO 4的平衡浓度。对于KMnO4吸附，用四种活性炭吸附剂重复相同的程序。经过批量实验，以观察和确定通过活性炭影响KMnO4吸附实验的最重要因素，例如KMnO4浓度，接触时间、活性炭的用量、吸附温度和pH值。所有批次实验均在30mL琥珀色瓶中完成的。

　　活性炭对高锰酸钾的去除百分比

　　活性炭和改性的不同样品对KMnO4吸附的去除百分比在图2显示，活性炭为80.52%，氯化锌改性活性炭为64.03%，草酸改性活性炭为89.36%，氯化锌/硫化铜改性活性炭为49.08%。百分比去除值表明草酸改性活性炭在其他样品中具有较大的百分比，因此，这些发现支持这种活性炭吸附剂是KMnO4吸附的合适样品。此外，这些结果与SEM和BET表面结果完全一致。因此，本研究的其余部分仅使用草酸改性活性炭吸附剂。

　　图2：四种不同活性炭样品对高锰酸钾吸附的去除百分比。

　　活性炭的吸附动力学研究

　　根据伪一级、伪二级和颗粒内扩散动力学模型研究了这种吸附的实验结果。图3a、b。这些图的斜率和截距用于计算动力学通过应用图3b中的伪二级模型观察到的线性关系，其中出现了最高R2值，以及实验Qe值和Qe计算值之间的良好一致性，这证实了这项工作的吸附遵循二级动力学模型。这意味着高锰酸钾从水介质中的生物吸附受化学动力学机制的控制，涉及电子交换或染料的阴离子部分(MnO4-)与活性炭吸附剂表面上的官能团之间的共享。活性炭12对KMnO4的吸附、硫化铜制备的纳米颗粒和氯化锌改性的活性炭也有类似的发现。

　　图3：( a )活性炭吸附高锰酸钾的一级动力学模型和( b ) 二级动力学模型。

　　草酸改性活性炭在三个温度下去除KMnO4的吸附能力以及其他合成低成本吸附剂的能力。相比传统低成本吸附剂具有更高的吸附容量，它的成本效益、易获得性以及从污染水中吸附高锰酸盐的高性能使该活性炭比其他吸附剂具有更大的优势，是一种从合成溶液中吸附高锰酸钾的新型活性炭吸附剂。

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