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活性炭软金属离子清除剂
文章作者:韩研网络部 更新时间:2018-7-5 14:34:20

  活性炭软金属离子清除剂,通过磷酸活化方法制备了三种活性炭,两种来自油棕壳,一种来自椰壳。测定铜(II)的吸附等温线以评估和比较活性炭的性能。获得的数据非常适合Langmuir和Freundlich吸附模型。所有制备的活性炭均显示出比普通活性炭高4-7倍的吸附能力。在进行的实验条件下,吸附机理是根据铜(II)和钙(II)在二元溶液中的竞争吸附来评估的,这取决于它们作为路易斯酸的行为并评估为内球络合。使用铜(II),镍(II)和铅(II)的三元溶质溶液,通过最佳清除剂评估铜(II)与其他边界和软金属离子的竞争性吸附。

  当今加工工业越来越多地产生产生重金属的环境问题,其中铅,铜和锌的产量大幅增加,到1850年至1990年间增加了10倍。重金属也从天然来源中释放的。尽管从水溶液中去除金属离子有各种处理方法,但活性炭吸附在选择性和热稳定性和化学稳定性方面具有优势。活性炭可以在实验室中由大量材料制备,但活性炭商业实践的原料主要是锯末,椰子壳,黑灰,木炭,褐煤,烟煤和石油焦。发现来自碳化和活化的残余物具有大的孔体积,并且由于这源自非常小直径的孔,因此内表面积高。该方法产生的无定形碳在任何程度上都没有石墨化,甚至可能不完全碳化,因为木炭含有相当高的氢含量,约为5%。活性炭的表面积可以非常高,范围从450到超过1500米在活化木炭的情况下为2g-1。活性炭的孔结构可以很好地定义,并且孔分布可以非常窄。例如,在椰壳活性炭中,几乎整个孔体积都在直径为1到2纳米的孔中。

  活性炭是高表面积,高孔隙率的碳,通过两种主要方法产生:热活化和化学活化。热活化包括在氧化气体如CO 2,N 2,蒸汽的存在下在高温下加热预先烧焦的材料,并且化学活化包括将原料和脱水剂的混合物加热至4000至10,000℃的温度。碳化脱水剂浸出和重复使用后。最常用的三种脱水剂是KOH,H3PO4和ZnCl2。传统的活性炭可有效去除水中的有机物质,但它们作为金属离子清除剂的用途很少。许多研究人员已经证明了这一点,使用木质纤维素农业废物,特别是坚果壳,是从水溶液中除去重金属离子的非常好的前体。在该研究中,使用磷酸低温活化的材料来制备金属离子清除剂级的活性炭。

  测试和标准金属离子解决方案

  使用去离子蒸馏水由氯化铜(II)脱水物制备Cu(II),1000mg L-1的储备溶液。Cu(II)和Ca(II)二元溶质的储备溶液由氯化铜(II)脱水物和硝酸钙(II)四水合物的混合物制备,而Cu(II)的三元溶质的混合物Ni(II)和Pb(II)由氯化铜(II)二水合物,六水合硝酸镍(II)脱水物和硝酸铅(II)的混合物制备,每种浓度均为溶质为1000毫克L-1。通过随后稀释各储备溶液制备各种浓度的单(Cu),二元(Cu-Ca)和三元(Cu-Ni-Pb)测试溶液。使用HNO 3(65%,脱水物)和NaOH(40.00g mol-1,脱水物)将测试溶液的初始pH调节至所选值。所有标准溶液均使用用0.2%硝酸酸化的蒸馏水适当稀释各标准溶液(1000mg L-1)制备。

  所有吸附实验分批进行,使用0.1g各种活性炭加入聚丙烯管中的50mL金属离子溶液中。在轨道振动器中以160转/分钟(rpm)的速率进行振动,并且平衡达到三天后,倾析溶液并使用用0.2%硝酸酸化的蒸馏水进行适当稀释,然后通过火焰原子吸收光谱法(FAAS)进行分析。通过FAAS测定吸附前后溶液中金属离子的浓度。

  图1. Cu(II)(a,b)和Ca(II)(c)的Langmuir等温线,而Cu(II)吸附是从单(Cu),二元(Ca-Cu)和三元(Cu-Ni-)进行的Pb)溶液和Ca(II)被活性炭吸附在二元溶液(Ca-Cu)中,初始pH值为5,初始浓度从<0到<100 mg L-1。

  活性炭中Cu-Ni-Pb的竞争吸附

  金属离子作为路易斯酸的性质可以证明金属物质与生命系统和活性炭吸附剂的相互作用。因此,通过其路易斯酸度对金属进行分类将在其修复方法中保持一致。这种类型的分类基于它们观察到的对不同配体的亲和力将金属分为三类,如(a)类“硬金属”,(b)类“软金属”或类(c)边界“难以区分为硬或软”。通过在含有Cu(II),Ni(II)和Pb(II)三元溶质的溶液中的吸附,研究了边界和软阳离子之间的竞争效应。图2显示了Cu(II),Ni(II)和Pb(II)的Langmuir(a和b)和Freundlich(c)吸附等温线,而它们的初始浓度在三元溶液中从<25到≤600mgL变化-1和初始pH保持恒定在5.由于单个Cu(II)吸附是在不同的初始浓度<5至<120mg L-1下进行的,并且通过制备的活性炭对初始浓度没有发现可检测的残留浓度通过构建图1(a)和1(b)中提到的相同浓度范围的Langmuir等温线,研究了5mg L-1的竞争离子的影响。这些等温线的模型参数,对于Langmuir曲线拟合,r2值通常更高。

  图2.初始pH值为5的活性炭的三元溶质,Cu(II),Ni(II)和Pb(II)的Langmuir非线性(a),线性(b)和Freundlich(c)等温线而它们的初始浓度变化,从<0到≤600mg L-1。(分析Ni样品的浓度范围高达305mg L -1)。

  在受控空气存在下的磷酸活化(通过设计默认的炉子)产生适合于去除边界和软金属离子的活性炭。虽然普通活性炭具有相同的表面积,但其Cu(II)去除能力非常低。也就是说,表面官能团不是孔隙率,而是去除金属离子的主要因素。其中一种棕榈壳衍生活性炭对Cu(II)的吸附能力高于椰壳衍生碳,椰壳活性炭和棕榈壳活性炭,尽管两种活性炭具有相似的BET表面积。这可能是由于前体类型和/或预处理的变化。推测内球表面金属络合作为主要的吸附机制,而预期Cu(II)或临界金属离子优先吸附在H 3 PO 4酸活性炭上,碱金属和碱土金属上。Pb(II)和Ni(II)对Cu(II)吸附的影响有点抑制。Cu(II),Ni(II)和Pb(II)吸附的选择性顺序可表示为Pb(II)>Cu(II)>Ni(II)。

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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