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活性炭纳米材料去除砷酸盐
文章作者:韩研网络部 更新时间:2017-9-15 17:02:38

  活性炭纳米材料由于与常规活性炭相比具有更高的表面体积比,吸引了来自环境中污染物和有害金属的吸附材料的关注。然而,由于酸性表面官能团,碳纳米管和石墨烯对于从水中除去氧代阴离子是无效的。在这里我们显示使用易于喷雾热解法制备的纳米级活性炭在去离子水溶液中显示出对砷酸盐和硒酸盐的良好吸附。纳米级活性炭的关键特征是源于去除金属氧化物纳米颗粒的微孔以及碱性表面基团的存在。与商业活性炭相比,纳米级活性炭在运河和井水中具有优异的去除砷酸盐,具有微碱性的pH。

  随着活性炭纳米技术的发展,人们一直在开发利用这些纳米活性炭材料进行水处理的高表面体积比。最近,已经证明了活性炭和石墨烯基吸附剂用于去除金属如汞,砷,铬,和硒的吸附效果。不同于碳纳米管和石墨烯,活性炭纳米结构已显示出具有良好的生物相容性。因此,纳米活性炭可能是环境修复应用的有希望的材料,例如从水中去除有害金属。

活性炭纳米材料去除砷酸盐

  制造球状纳米级活性炭材料

  将金属盐加入到前体溶液中并加热分解,形成作为碳水化合物源碳化的成核位点的金属氧化物纳米颗粒。后合成蚀刻去除金属氧化物纳米颗粒并留下高度多孔的活性炭(图1A)。可以通过调节前体的比例来控制所得活性炭中的金属氧化物纳米颗粒尺寸,并因此控制孔径。因此,该合成方法可用于与金属含氧阴离子吸附所期望的微细孔活性炭。此外,活性炭纳米材料尺寸产生高的外表面体积比,其可以减少金属到结合位点直到纳米级的扩散距离。相比之下,虽然常规活性炭具有与球状纳米活性炭相似的比表面积,但其大部分来自内表面。对于由微米级颗粒组成的活性炭,金属与结合位点的扩散距离将远大于活性炭纳米材料。

  使用活性炭吸附剂随时间推移的砷酸盐和硒酸盐在不同的水基质中显示在图3中。纳米活性炭显示出与两种金属物质的良好结合。为了去除去离子水中的砷酸盐,在2小时内除去53%,在22小时后观察到100%去除(图3A)。在河水(图3C)和井水中(图3D),砷酸盐去除率较慢,2小时后除去约3%。然而,在22小时之后,去除了> 89%的砷酸盐,在去离子水中与去离子水相似。与去离子水相比,河水和井水中砷酸盐的去除效率略低,可以通过其较高的pH来解释。活性炭的阴离子吸附能力通常归因于表面官能团,例如-COOH,-OH 2 +,- COO -,-OH,-O -,当分散在水溶液中时,其被质子化和/或带正电荷。在一些研究中证明的活性炭的砷酸吸附容量通常在pH 2-5,达到最大值其中活性炭表面具有更正电荷。类似地,具有含氧表面官能团的碳纳米管由于pH 3-10的负ζ电位而显示出低的砷酸盐结合能力。因此,许多碳基吸附剂依赖于铁的修饰,这可以形成与砷的内部球形复合物。这里,我们看到,纳米活性炭在pH> 8时显示良好的砷酸盐吸附,而不需要这种修饰,因为它们的等电点更高。运河和井水还含有其他竞争性阴离子物质,如硝酸盐(通常为60-130ppm)和硫酸盐(700-1000ppm),这似乎对砷酸盐结合没有很大的影响。

活性炭去除砷酸盐

  这也表明,活性炭纳米材料的基本表面性质允许在运河和井水中良好的砷酸盐吸附。基本确切性质将需要进一步详细研究,因为它是活性炭科学中的一个有争议的话题。因为活性炭纳米材料基于拉曼光谱和X射线衍射具有很少的石墨结构,而且具有与粉末状活性炭非常相似的无机碳结构。由于在用于制备活性炭纳米材料的前体中缺少氮官能团,也不太可能。相反,用于制备活性炭纳米材料的退火程序可以产生碱性含氧官能团。最后的贡献不能排除,因为锰盐是合成的重要组成部分。然而,在合成后的HCl蚀刻后,任何锰化合物都应从活性炭纳米材料中除去。此外,以前的研究发现,由于零氧电荷低,氧化锰物质可以在pH <5的情况下从水中成功除去砷酸盐。

  总之,我们发现使用简便的制备方法做出的活性炭纳米材料可以显示合成去离子水溶液中砷酸盐和硒酸盐吸附的良好活性。在由pH值> 8的运河和井水组成的水溶液中,由于合成方法产生的形成机理,活性炭纳米材料可能由于存在碱性官能团,较高的表面积和合适的微孔结构而优于粉末活性炭 。然而,这些水域中的竞争性阴离子完全抑制活性炭纳米材料上的硒酸盐吸附,而砷酸盐结合动力学仅略微降低。由于常规的活性炭和碳纳米管和石墨烯等纳米结构碳通常在酸性pH下表现出良好的吸附性能,这些结果突出了活性炭纳米材料在中性至碱性pH下用作有毒金属处理的吸附剂的潜力。未来的工作将阐明活性炭纳米材料表面官能团的性质,并着重于获得对吸附机理的更多了解。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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