活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附去除苯二胺

　　水在環境保護中一直是關鍵問題，然而由于工業活動中排放的化學廢料，污染現象越來越多。這些化學廢水包含的污染物可以是無機的，例如重金屬，也可以是有機的，包括有機染料，例如主要用于化妝品行業的對苯二胺。該化合物會導致很多問題，面對這種情況，吸附技術是去除污染物有機水中簡單，有效的方法。而活性炭是比較常用的吸附劑，本次我們測試一下活性炭吸附去除苯二胺的具體效果。

　　活性炭的制備條件

　　活性炭的制備在室溫下干燥之前，用蒸餾水洗滌，隨后進行粉碎研磨處理并使用電篩篩分，以獲得63μm的均勻粉末粒度。所得粉末在使用電爐煅燒前用磷酸進行化學預處理。根據特定比例添加磷酸來進行活化，并在110℃的爐中干燥48小時。隨后將干燥混合物引入坩堝陶瓷中，在450℃下在爐中煅燒，使其孔隙逐漸打開。用蒸餾水徹底清洗活性炭表面的活性殘留物，該步驟用來控制活性炭的pH。這樣得到的活性炭在110℃的烘箱中再次干燥48小時獲得成品。

　　活性炭的間歇吸附研究

　　活性炭的吸附時間影響可從圖1看出，活性炭吸附分三步進行：第一是在最初的30分鐘內，污染物的吸附量很快就被確定了，這可以用在吸附劑的外表面存在大量空置的結合位點，這使得吸附劑易于吸附到該表面。第二在31分鐘后，吸附速率降低，過程緩慢。活性炭的其他位置達到飽和后，污染物顆粒將遷移到吸附劑內部。由于易于接近，因此吸附過程緩慢：顆粒內擴散。第三從80分鐘開始，我們觀察到一次接觸，活性炭已達到其最大容量。我們可以說這些吸附劑的平衡時間是80分鐘。然而，磷酸活化的活性炭吸附量的演化曲線顯示，在最初的30分鐘內，污染物的吸附量顯著增加，此后，污染物的吸附量急劇下降，這將是一種產物解吸。這一現象在其他吸附劑中是不可見的，這可能意味著可用孔隙的數量和結合力隨著所用活化劑濃度的增加而增加，這一點還通過碘值和亞甲基藍的值進行了驗證。

　　圖1：接觸時間對制備的活性炭上苯二胺吸附容量的影響。

　　苯二胺的初始濃度對活性炭吸附的影響在圖2顯示了，吸附百分比隨溶液初始濃度的增加而增加。這可能是解釋為濃度的增加導致在活性炭表面分子污染物產生了一個大的傳遞力，在活性炭表面存在的分子數量增加，因此促進吸附。我們可以看到，在相同的比例下，低濃度下活性炭的吸附百分率高于參照吸附劑的吸附百分率。這可以得出結論，活性炭表面的吸附不太受發生的遷移現象的影響。

　　圖2：苯二胺的吸附容量與初始濃度的函數關系。

　　活性炭吸附去除苯二胺的吸附等溫線

　　吸附等溫線的測定與苯二胺吸附到活性炭表面的過程最為對應，由R2值進行。Freundlich等溫線更能描述活性炭在表面的吸附過程，相關系數分別為0.988、0.979、0.958、0.996和0.973。同時，活性炭表面吸附過程為模型描述的DRK，R2=0.968。從該等溫線得到的吸附能均大于平均值，與化學吸附相對應。Temkin等溫線提供的不同能量的觀察表明，酸性活性炭表面的吸附熱B1遠優于氯化鋅活性炭表面的吸附熱B1，而結合能平衡則相反;這意味著苯二胺在特定活化劑的活性炭表面吸附比在活性炭磷酸表面的吸附更強烈。

　　圖3：根據Langmuir(a)，Freundlich，(b)條件D-R-K，(c)和Temkin，(D)苯二胺在活性炭上的吸附等溫線。

　　在研究活性炭吸附去除苯二胺中，采用其他活化劑和磷酸制備吸附性能較好的活性炭，并將其應用于對苯二胺的還原反應。根據活性炭的材質分析發現用特定活化劑活化的活性炭擁有的碘值和亞甲藍吸附值更高。然而，pH值的零電荷點表明所有制備的活性炭都是酸性的(pHPZC˂7)。Freundlich和Dubinin-Radushkevich等溫線模型能描述這些活性炭在表面上的吸附動力學(R2˃0.95)，從該等溫線得到的吸附能均大于平均值，對應于化學吸附。

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