活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　富氮活性炭吸附苯酚,研究了從木質纖維板廢物中制備富氮活性炭。以800℃活化溫度碳化1小時的50%碳酸鉀溶液的浸漬比率(克化學試劑/克木纖維板廢料)為3獲得活性炭。確定最佳吸附條件作為接觸時間，pH，活性炭的用量和溶液溫度對苯酚吸附的影響的函數。在給定的苯酚濃度為250mg / L時，在120分鐘內達到吸附平衡。當使用0.3克碳吸收劑和100毫升250毫克/升苯酚溶液時，苯酚在活性炭上的最大吸附量可達208毫克/克。在吸附等溫線中，Langmuir模型比苯酚吸附的Freundlich模型擬合效果更好。

　　酚類是高級別優先處理的污染物，因為它們的毒性和在環境中可能的累積。苯酚從工業廢水中引入到地表水中。雖然有很多種方法處理含有機和無機污染物的廢水，但是使用吸附劑是最常用的方法。吸附技術已被廣泛研究用于從水溶液中去除有機和無機微污染物。吸附處理中有很多類型的吸收劑在使用。活性炭是用于從水域中去除各種有機物的最廣泛使用的一種吸附劑，但與其相關的缺點是由于使用不可再生和相對昂貴的起始材料如煤，這是一個重要的經濟考慮因素，因此與其相關的缺點是再生成本高。這促使人們研究出更多可用的材料生產活性炭，現已經發現幾種木材加工殘余物和農業殘余物是生產活性炭的合適前體。因為從這些材料獲得的生物質更便宜，可再生和豐富，具有高碳和低灰分含量。

　　光是使用便宜材料制造活性炭還不夠，我們還需要對強化活性炭對污染物吸附能力方面的研究。使用引入含氮表面基團使得活性炭更加堿性，所以預期增加酸性試劑的吸附。因此，富氮活性炭能增加吸附酚類化合物的能力。但是，商業上使用的活性炭中的氮含量非常低。有幾種制備氮含量提高的活性炭的方法。用于合成含氮活性炭的方法可以分成兩組。首先，它是常規的活性炭在高溫下與氨，氨-空氣或氨-水蒸氣混合物處理。第二種方法在于含氮前體的冷凝相熱解或合適的氮載體的具有共同碳前體共熱解，然后制成含氮活性炭。在上述制造含氮活性炭的方法中，找到更具成本效益的生產方法是十分必要的。開發木材廢料中的活性炭產品有很大的潛力。在廢木纖維板中，使用含氮的氨基塑料粘合劑如脲-甲醛和三聚氰胺-甲醛樹脂將氮氣引入木質基體。含氮粘合劑通過木纖維板分散。因此，從廢木材制備富氮活性炭及其對苯酚的吸附行為將是一個有趣的研究課題。

　　活性炭的制備分為兩個步驟。第一步是碳化，將舊纖維板切割成250×20×5mm的塊，將這些塊以100℃/ h的加熱速率加熱到500℃的碳化溫度，并在該溫度下保持1小時。然后將樣品磨碎并用篩子篩分。顆粒直徑的分數范圍為40-60目。將顆粒樣品在105℃烘箱中干燥4小時。

　　在活化步驟中，將3g烘干的樣品在50%的碳酸鉀溶液中浸泡16小時(浸漬的克化學試劑/克舊纖維板)。然后將浸泡的樣品放入電烤爐并以10℃/分鐘的加熱速率加熱至約800℃。將樣品在該溫度下保持50分鐘，然后冷卻，隨后依次用0.5N HCl溶液洗滌。用熱蒸餾水反復沖洗活性炭直到溶液的pH達到約6-7。最后，將這些活性炭在105℃的烘箱中干燥4小時完成制備。

　　酚吸附過程

　　吸附動力學和平衡研究在環境溫度下進行。將已知量的吸附劑放入含有100ml預定濃度的苯酚水溶液的燒瓶中。燒瓶是密閉的，不僅可以避免揮發造成的苯酚損失，而且可以防止氧氣的進入，這種氧氣已經通過氧化耦合而導致不可逆的苯酚吸附。然后搖動瓶子100分鐘。在吸附過程結束時，使用0.45mm膜過濾出吸附劑顆粒。在分光光度計中用波長λmax = 270nm的紫外吸收測量殘余苯酚濃度。

　　溫度的影響

　　在20-45℃范圍內，苯酚對活性炭脫除的吸附作為溫度函數的函數被證實。苯酚的初始濃度為250 mg / L，吸附的接觸時間保持在120 min，以保證完全平衡。隨著溫度從20℃變​​化到35℃，苯酚去除率緩慢上升，隨著溫度從35℃進一步上升到40℃，苯酚去除率由38.47%提高到47.05%。本文分別在20℃，35℃，40℃，45℃的溫度條件下，吸附量分別為90.00,96.18,117.64和106.73 mg / g。用氯化鋅活化的榛子蔗渣碳被檢查從水中去除苯酚。結果表明，在25,35和45℃時，吸附容量分別為97.36,91.32和99.27mg / g。在相同的溫度下苯酚去除率較高。原因在于引入含氮表面基團使得活性炭更加堿性，預期苯酚的吸附增加。隨著溫度進一步升高到40℃以上，苯酚去除率急劇下降。結果表明，對于由舊纖維板制備的活性炭，在40℃下獲得最大的苯酚吸附。

　　研究結果表明，用碳酸鉀化學活化舊纖維板制得的富氮活性炭，與其他非含氮活性炭相比，苯酚吸附容量顯著增加。與一系列接觸時間的影響相比; pH值，活性炭用量，溫度對活性炭苯酚吸附量的影響，得出結論，苯酚去除率變高，平衡時間縮短。因為引入含氮表面基團使得活性炭更加堿性，所以預期苯酚的吸附量增加。吸附等溫線的吸附動力學符合擬二級動力學方程，Langmuir模型擬合吸附等溫線的苯酚吸附效果優于Freundlich模型。

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