活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　六價鉻鉻因其在水中的良好溶解性，強氧化性和透過細胞膜的滲透性而被視為生物可利用元素。不幸的是，六價鉻化合物對單個生物會產生危害。經常在地表水抽樣中的允許濃度超過了數倍，所以急需找到合適的方法去除。使用活性炭吸附的一個優勢是可以燃燒吸附劑(添加堿)并進一步處理吸附的鉻。我們介紹了活性炭對水溶液中六價鉻的吸附性能的研究。研究了不同類型的活性炭，采用靜態方法確定了吸附動力學，影響反應，溫度和那種活性炭合適吸附六價鉻。

　　活性炭的基本技術操作是碳化和活化。某些類型的活性炭，其另外的活化過程之后，經受各種改進方案，修改操作或它們的表面覆蓋有催化劑。吸附過程中鉻的去除效率非常不同，取決于所用活性炭的類型，改性方法和許多其他因素。例如活性炭和用陽離子表面活性劑改性后用于去除鉻(VI)離子，與未經改性的吸附劑相比，吸附能力大大提高。下面我們來講下活性炭的幾種改性方法。

　　鹽酸對活性炭的改性

　　活性炭干燥后用鹽酸(1：1)處理24小時。下一步是用蒸餾水沖洗，直到水中的氯化物含量小于10 mg/dm 3為止。沖洗后，碳在105°C下干燥12小時。重復該操作3次。

　　硝酸對活性炭的改性

　　用硝酸對活性炭進行額外的改性，活性炭干燥后用硝酸HNO 3(1：1)處理并煮沸。加熱在回流冷凝器下進行。然后，將濾液倒出，并將活性炭樣品再次用酸處理。重復該操作3次。將獲得的樣品用蒸餾水洗滌直至達到pH 6.5。然后，將其在105℃下干燥。

　　靜態和動態條件下的測試

　　測試是在實驗室過濾器上進行的，該過濾器的直徑為0.018 m，充滿了測試的碳，自上而下的重力流和2 m/h的過濾速度。填充過濾器的活性炭的重量為40 g。過濾每5升水后，對處理過的水中的六價鉻進行對照測定。通過分光光度法在1.5 nm下用1.5-二苯卡巴肼測量紫色配合物六價鉻的吸光度來分析水中鉻的量。

　　改性對活性炭吸附的影響

　　活性炭的化學改性的目的是提高其吸附性能，因為碳表面的改性以可控的方式改變了其結構和表面性能。由于無機酸的作用，除其他外，由于高度無序的晶體結構和大的比表面積而引起的活性炭可以容易地化學改性。用鹽酸(HCl)和硝酸(HNO 3)處理被測活性炭。通過BET方法確定在液氮中吸附N 2的比表面積。氧化硝酸改性導致面積顯著減小，鹽酸的使用將吸附量提高了約5%，而熱硝酸(V)的吸附量則降低了約13%(圖1)。

　　圖1.：活性炭的類型對六價鉻吸附容量的影響。

　　吸附動力學

　　每個僅限于顆粒的飽和度取決于被吸收到顆粒內部的顆粒的擴散速率。吸附動力學使得可以確定吸附速率對吸附劑性質和吸附過程本身條件的依賴性。因此，吸附動力學取決于活性炭的類型，其改性方法和要去除的化合物的類型。通過描述吸附物質的量隨時間變化的關系來表示所達到的吸附平衡。

　　圖2：pH 2下溶液中六價鉻的最終濃度。

　　從獲得的測試結果可以得出結論，吸附時間對特定碳的鉻(VI)去除效率具有顯著影響。鉻酸根離子相對于活性炭的最大還原發生在4.5小時后。在硝酸改性活性炭上去除鉻的速率更高，并且在2.5 h后發生了吸附平衡時間。然后進行穩定化處理，并進行進一步測試(確定等溫線)，發現該接觸時間為不同的活性炭通常不超過6小時。

　　根據實驗結果表明，溶液的pH值顯著影響了所測試活性炭的吸附能力。對于(HNO 3)改性活性炭，吸附隨著溶液pH值的增加而略有下降。對于其他活性炭而言，反應對鉻吸附容量的影響更大，并且在較低的pH值下肯定更有利。無機酸(化學修飾)對活性炭的作用導致其吸附性能發生變化。鹽酸的使用通過中孔灰分的去除而增加了活性炭的比表面積，從而有助于六價鉻的吸附能力的提高。用硝酸進行改性(氧化)會導致吸附能力下降，這很可能與活性炭表面化學性質的變化以及由于碳氧化而造成的孔結構的部分破壞有關。吸附時間對特定活性炭去除六價鉻的效率有重要影響。根據進行的研究，改性的硝酸活性炭可很好的去除水中的六價鉻化合物，這使其有可能在水處理系統中使用。

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