活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭去除水中的4-硝基酚，硝基芳香族化合物通常具有很高的毒性，由于它們的平均致死濃度(LC50)，被歸類為危險物質。因此它們屬于十一種最污染物質的酚類物質。此外，大部分這些化合物沉積在水和土壤中，包括雨水，各行業的廢水和飲用水。在人體中，大部分硝基酚通過吸入細小液滴通過皮膚，胃腸道或肺部吸收。他們從體內清除的速度很慢，人體的半衰期已經記錄在5至14天。

　　已經報道了幾種活性炭在含水介質中降解或除去4-硝基酚的方法，給水提供高水平的純度。盡管這些技術導致氧化自由基的形成，但是這些方法中的每一種都需要各種條件以有效地去除化合物。活性炭質量對吸附的影響，研究質量是為了選擇最佳質量的活性炭用于浸漬鎳，因為使用約500mg活性炭，活性炭吸附約20ppm。因此，由于初始樣品濃度為20ppm ，所以沒有理由使用具有這種質量的過渡金屬。

　　使用不同的質量對活性炭的4-硝基酚吸附容量清楚地表明，在較低的質量下，以mg g-1表示的吸附容量較高，盡管這是在較高的飽和時間獲得的。這偏離了預期，因為吸附容量應該標準化為每克吸附劑，因此應當獨立于所使用的吸附劑質量。這個意想不到的結果主要是由于擴散問題，例如搖動，意味著當降低間歇系統中的擴散阻力時獲得更高的效率，導致4-硝基酚溶液更均勻的分布，同時溶液之間質量增加的接觸減少和吸附劑。

　　圖1.顯示了質量對活性炭吸附曲線的影響，證明在進行鎳研究時使用較低質量來分析使用該材料可能的吸附容量和飽和時間的變化。

　　鎳含量對間歇和連續體系吸附活性炭容量的影響

　　對于含有不同含量鎳的活性炭吸附劑，隨著金屬含量的增加，從弱到弱的部位的酸強度增加。這是因為鎳浸漬會增加酸度，導致總酸度的增加，而這又被這種方法所識別。還可以推斷出零電荷值隨著金屬含量的增加而增加，從涂覆分數值的增加看，從活性炭上鎳覆蓋的表面的12%變為62%當鎳含量提高到6%時，覆蓋的表面被覆蓋。還可以看出，在該百分比以上，鎳均勻地散布在活性炭的表面上。這些結果與酸性位點密度的結果是一致的，隨著金屬含量的增加，酸性位點密度也隨之增加，只有當Ni含量為6%時才降低，從而排除了金屬在表面結塊的可能性。因此，減少只能是由于覆蓋活性部位的金屬。

　　分析間歇體系中的吸附容量，可以看出添加金屬鎳不會增加任何含量水平的吸附容量或減少飽和時間(約320分鐘)，盡管這是在連續系統中觀察。這是因為在后一種體系中，由于受控樣品流量為1.5 mL min -1，未觀察到擴散現象，明顯改善了樣品與吸附劑之間的接觸時間。

　　考慮到這一點，在連續體系中，沒有浸漬金屬的活性炭具有5.45mg的4-硝基酚(g ads)-1的吸附能力，這與用2%Ni浸漬的活性炭所獲得的值相比非常低，達到31.26mg 4-NP(g 硝基酚)-1。這種增加可歸因于鎳對通過π吸附的貢獻。還可以看出，由于鎳含量均勻分布在活性炭上，因此在4%的金屬含量下，吸附容量不會隨著鎳含量的降低而增加，其應該基于所有以前的表征，正如酸強度增加和酸性位點密度所證實的那樣。然而，這導致了當使用連續系統時沒有必要應用更高的鎳含量水平，因為具有更高的鎳含量，飽和時間和吸附劑的負表面電荷都降低。6%金屬含量水平的較低吸附容量可能是因為鎳堵塞了活性位點。這也被表征證實了。有了這個金屬含量的水平，活性炭吸附劑的表面具有正電荷，因此吸附不再是平面的，而是沿著4-硝基酚分子的軸向。這是因為4-硝基酚化合物在硝基中濃縮了更高的電子密度，因此吸附不能發生在該組中，由此解釋了由于吸附劑的表面基團和表面電荷引起的平面吸附。

　　活性炭吸附容量的研究表明，盡管所有研究材料均呈現一定程度的吸附，但活性炭是最佳的吸附劑，具有較高的比表面積，較低的酸強度和表面負電荷這項研究的條件，所有這些都有助于4-硝基酚化合物的平面吸附。另外，用鎳浸漬導致在連續體系中通過π絡合提高吸附容量。金屬含量的高低對最佳吸附劑的吸附能力也起著重要的作用。最后，通過活性炭吸附除去4-硝基酚被證明是去除優先酚類化合物的一個很好的選擇。

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