活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　铅是水污染中比较常见的问题，因此，当铅含量减少时才能达到标准排放。活性炭拥有的高容量是除去或降低铅浓度的常用材料。本次我们研究使用铅离子作为模型吸附物制备的基于聚吡咯的活性炭的吸附性能。研究了各种参数包括吸附物初始浓度，pH值和吸附剂剂量对吸附效率的影响。

　　用聚吡咯制成的活性炭

　　聚吡咯粉末和聚吡咯类复合材料不同的材料构成，如碳纳米管，壳聚糖，和膨润土等。近期被用于从水溶液中去除重金属离子的。制成活性炭的步骤：将吡咯加入到HCl中并在0-5℃下搅拌30分钟。将过硫酸铵溶解在30mL去离子水中，在0-5℃下搅拌30分钟，并在0-5℃搅拌的同时滴加到单体溶液中。过滤得到的固体产物，用蒸馏水和甲醇洗涤，并在减压下干燥48小时。在活化剂的存在下，聚吡咯的炭化在密闭炉中氮气下进行得到的活性炭用水洗至中性。

　　合成活性炭的表面形态

　　使用SEM，TEM，TGA和XRD分析活性炭的表面形态，热性质和结晶度。用作活性炭前体的图像(图1a，c)显示其典型的形态为花椰菜样结构，这种形态似乎是由于与其中掺杂地嵌入无序聚合链形成的。然而，聚吡咯的球形结构通过碳化过程被破坏，导致粗糙，粗糙的表面由不规则的尖角和剥离状颗粒组成，在SEM图像中几乎没有孔隙的迹象。活性炭聚吡咯的TEM图像如图1d所示表示观察到均匀分布的微孔。此外，TEM图像描绘了高度丰富和对称的孔隙，表面积和微孔率的值对应于该活性炭。发现随着活化剂用量的增加，表面积增加，孔隙率增加。

　　图1：活性炭和聚吡咯的扫描电子显微镜和透射电子显微镜。

　　活性炭在水中对铅的吸附研究

　　接触时间和吸附动力学的影响：图2显示了接触时间和铅离子浓度对活性炭吸附百分比和容量的影响。在该图中，可以看出潜力值吸附在吸附的第一阶段是快速的，然后随时间缓慢增加，在120分钟后变得几乎恒定。这种现象可以归因于在吸附器的第一级空置吸附位点，随后通过增加排斥力高可用性由于吸附的离子的存在下，使剩余的位点更难以接入。观察到随着初始浓度的增加，离子去除百分比略微降低。这种行为可归因于每单位质量活性炭存在更高浓度的吸附物，这可能限制吸附。

　　图2：在三种不同浓度下，活性炭对铅离子的吸附百分比与时间的关系。

　　pH值的影响：重金属的吸附受溶液pH的显着影响，因为它决定了吸附剂的性质，如表面电荷，以及吸附物的形态和水溶液中的电离程度。在各种pH值下进行吸附研究，图3总结了活性炭在pH变化中的吸附数据。由于活性炭的表面是负的，因此预期与金属离子的静电相互作用。在较低的pH下，铅离子的吸附由于质子和铅离子之间的竞争，可用的吸附位点很低。随着pH的增加，质子化活性位点较少，留下更多带负电荷的活性位点，可与静电相互作用并因此吸附带正电荷的铅离子。pH>5时吸附的轻微下降可归因于可溶性羟基络合物的形成，另外在pH>7时，氢氧化铅开始从溶液中沉淀出来，使吸附研究成为不可能。

　　图3：pH对活性炭的吸附容量和铅去除百分比影响。

　　吸附剂用量的影响：图4显示了吸附剂用量对铅的吸附能力的影响。显然，通过增加吸附剂的剂量，吸附容量降低并且吸附百分比增加。可能是由于这样的事实，所有的活性位点，在较低剂量下完全暴露出来，而仅活性位点的一小部分在较高剂量下暴露。因此，较高的吸附剂用量可能导致聚合，这降低了吸附剂的总表面积，从而导致降低的吸附能力。

　　图4：吸附剂用量对活性炭吸附铅的影响。

　　为了进一步理解制备的基于聚吡咯的活性炭的特性，将得到的SEM，TEM，TGA和XRD数据与聚吡咯底物的数据进行比较。活性炭有聚吡咯制成为无定形细粉，拥有良好的表面性质和高表面积和孔隙率，可用作去除金属污染物的吸附材料。根据吸附研究表明，这种活性炭可以从水溶液中去除铅离子。发现在pH5.5条件下4小时内可达到吸附平衡。在平衡时的吸附容量与溶液的浓度和pH值以及活性炭用量对其影响很大。

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