活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　用活性炭或者摻雜二氧化鈦納米的活性炭來(lái)降解水中的甲醛，甲醛是一種有機(jī)化合物，可用于農(nóng)業(yè)，在地區(qū)農(nóng)業(yè)中大規(guī)模使用甲醛的地方可能在地表水中檢測(cè)到相對(duì)較高水平的甲醛。事實(shí)上，據(jù)報(bào)道，微量聚乙醛的量已在處理過(guò)的飲用水中被發(fā)現(xiàn)，濃度高達(dá)1微克大號(hào)-1這是高于標(biāo)準(zhǔn)的0.1微克大號(hào)-1。所以我們得找到應(yīng)對(duì)方法，一般是使用活性炭吸附。

　　甲醛在飲用水中被檢出，濃度低(<1μgL -1)，這個(gè)數(shù)值是高于標(biāo)準(zhǔn)要求的。本文研究了幾種材料的效果：活性炭和摻入二氧化鈦納米的活性炭，不同濃度的活性炭(C-1.5，C-40和C-80)，這些吸附劑用于通過(guò)吸附從水溶液中除去金屬醛，通過(guò)光催化氧化。活性炭被發(fā)現(xiàn)是最有效的材料，其顯示幾乎超過(guò)90%的去除。吸附數(shù)據(jù)以及裝配到Langmuir等溫模型，得到q 米(最大/飽和吸附容量)的32.258毫克克值-1和ķ L(Langmuir常數(shù))值為2.013 L mg-1。在動(dòng)力學(xué)研究而言，由活性炭聚乙醛的吸附與偽二階方程擬合良好，賦予吸附速率常數(shù) ķ 2的0.023克值mg -1 分鐘 -1，這意味著快速吸附。所述納米催化劑是在以相同的四聚乙醛濃度和0.2克L-氧化聚乙醛比活性炭不太有效 -1的在UV光下材料的進(jìn)料濃度，摻入二氧化鈦的活性炭(C-1.5)納米催化劑實(shí)現(xiàn)的最大去除量為7.5 ppm的三聚氰胺溶液約為15%。

　　金屬醛沒(méi)有被活性炭有效降解的原因可能是活性炭的粒度和表面積不適合去除金屬醛。因此，一種替代方法是使用具有比傳統(tǒng)活性炭更小的粒度的粉末狀活性炭，從而提供更多的孔隙和表面空間用于吸附。

　　下面來(lái)介紹我們的實(shí)驗(yàn)用的活性炭參數(shù)

　　工作中使用的商業(yè)(活性炭，脫色粉末活化)是由韓研活性炭制造有限公司制造的。其碳源是木炭，經(jīng)過(guò)認(rèn)證，最大使用水平為250 mg / L。此外，使用以下活性炭摻雜的TiO 2納米催化劑：

　　具有1.5%活性炭，98.5%TiO 2(C-1.5)的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)改性的摻活性炭二氧化鈦(活性炭摻雜TiO 2)納米催化劑。

　　具有40%活性炭，60%TiO 2(C-40)的CTAB改性的活性炭摻雜TiO 2納米催化劑。

　　具有80%活性炭，20%TiO 2(C-80)的CTAB改性的活性炭摻雜TiO 2納米催化劑。

　　制備金屬醛標(biāo)準(zhǔn)溶液

　　在整個(gè)實(shí)驗(yàn)和樣品制備過(guò)程中，使用去離子水。這是因?yàn)槿ルx子水可能具有高有機(jī)含量，并且可能與在反應(yīng)期間通過(guò)光催化產(chǎn)生的OH自由基反應(yīng)，從而影響GC-MS分析。通過(guò)一些參考方法制備了甲醛儲(chǔ)備溶液)。將甲醛固體(0.1g)加入到100mL甲醇中以制備1000ppm的金屬醛儲(chǔ)備溶液。儲(chǔ)備溶液可以在1和10℃之間儲(chǔ)存長(zhǎng)達(dá)1年。對(duì)于每個(gè)光催化實(shí)驗(yàn)，將不同量的儲(chǔ)備溶液用去離子水稀釋至1000mL以制備具有不同金屬醛濃度的樣品溶液。所研究的金屬醛濃度范圍為0.1〜15ppm。

　　圖1呈現(xiàn)活性炭的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其示出了活性炭的結(jié)構(gòu)和表面表征。圖像示出了活性炭顆粒的平均尺寸為約20nm，并且這些顆粒聚集在一起并形成平均尺寸為25μm的角形團(tuán)簇。孔隙率為17.78%。從SEM圖像，簇的表面是平的，粗糙的和多孔的。

　　使用活性炭降解甲醛

　　在這組實(shí)驗(yàn)中使用活性炭(0.1g)，在UV-C光下，在0.1,0.5,1,5和10ppm的不同制備的初始濃度的甲醛樣品中進(jìn)行2小時(shí)處理。圖2之前和由活性炭處理后聚乙醛的濃度進(jìn)行比較。活性炭有效地從溶液中除去了甲醛，特別是對(duì)于較低的初始濃度為0.1,0.5和1ppm(p <0.05)。

　　在活性炭，活性炭摻雜TiO 2(C-1.5)，C-40和C-80納米催化劑的四種研究材料中，活性炭是金屬醛降解最有效的材料。在0.1，0.5，1，5，和10ppm，和反應(yīng)2小時(shí)，活性炭時(shí)間所研究的濃度范圍為0.2克L-的負(fù)載濃度-1表明在低濃度高于濃度更顯著去除四聚乙醛的。增加甲醛溶液的初始濃度不會(huì)導(dǎo)致更有效的除去甲醛。隨著制備的甲醛溶液的初始濃度增加，活性炭的去除金屬醛降低。使用活性炭通過(guò)吸附去除金屬醛與Langmuir動(dòng)力學(xué)模型很好地匹配，得到q m值為32.258mg g-1，K L值為2.013 L mg -1，表明吸附有利于去除金屬醛。由活性炭聚乙醛的吸附非常適合于偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)，并給出了ķ 2的0.023克值毫克-1 分鐘-1，表明活性炭能夠有效地在短時(shí)間內(nèi)除去四聚乙醛。

　　與活性炭相比，活性炭摻雜的TiO 2(C-1.5，C-40和C-80)納米催化劑在研究的濃度范圍內(nèi)，催化劑負(fù)載濃度，光強(qiáng)度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)于通過(guò)光催化除去溶液中的甲醛無(wú)效。

　　對(duì)UV-C光的影響和納米催化劑碳含量的增加的分析表明，(1)單獨(dú)的UV-C光對(duì)去除金屬醛沒(méi)有任何影響，(2)增加納米催化劑的碳含量?jī)H略微促進(jìn)了甲醛的降解(約4%)。然而，在黑暗條件下，單獨(dú)的活性炭除去77%的甲醛，而在UV-C光下它可以除去81%以上。認(rèn)為通過(guò)吸附活性炭可能會(huì)除去甲醛。然而，它將在UV-C光下更有效地工作。從本研究中可以看出，UV-C光強(qiáng)度，甲醛溶液pH值，反應(yīng)時(shí)間，物質(zhì)負(fù)載濃度等參數(shù)可以進(jìn)行變化和測(cè)試，找出甲醛降解的最佳參數(shù)。

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