活性炭從水中吸附去除鈷,本文研究了使用兩個活性炭樣品和兩個活性炭纖維樣品從水溶液中吸附鈷離子。吸附不依賴于表面積，而是受到活性炭表面上碳-氧基團的存在的強烈影響。這些表面基團的量是用硝酸和氧氣的碳氧化增強，降低了氧化的樣品在400, 650和9500c脫氣。Co(II)離子的吸附增加氧化和降低脫氣。鈷Co(II)離子的吸附增加了氧化和降低了脫氣。當用硝酸進行氧化時吸附的增加要大得多。與氧氣氧化相比，該處理偶然導(dǎo)致氧表面基團量的增加更大。脫氣時吸附的降低取決于脫氣溫度，在650℃脫氣時比在400℃脫氣時更大。氧化吸附的增加和脫氣時吸附的減少歸因于氧化時碳表面酸性基團濃度的增加以及脫氣的降低。碳表面上的酸性碳- 氧基團的存在及其在水溶液中的電離也改變碳懸浮液的pH。本文還研究了溶液pH值對溶液活性炭吸附Co(II)離子的適宜機理。

　　從水溶液中吸附無機金屬離子有幾個方面：貴金屬如金和銀的回收，活性炭與某些金屬的負載以產(chǎn)生浸漬的活性炭以及去除飲用水中的重金屬污染物。鈷是一種重金屬，存在于幾個行業(yè)的廢水中，即使少量也會對人體產(chǎn)生毒性。因此，使用不同類型的活性炭通過吸附除去已經(jīng)是本文研究的主題。活性炭表面性質(zhì)和活性炭氧化表面基團的類型對水溶液中活性炭吸附Co(II)離子的影響及其作用機制尚未有人涉及，目前的工作是在考慮到這些方面的情況下進行的。

　　圖1、水溶液中的鈷和其它金屬污染。

　　兩個顆粒狀活性炭樣品分別命名(AC-K和AC-S)和兩個活性炭纖維樣品(ACF-307和ACF-310)用來當做吸附劑。活性炭是用蒸汽活化的泥炭基材料，而活性炭纖維是基于瀝青的材料。活性炭已經(jīng)在液相中用硝酸氧化，并在350℃用氧氣氧化以提高炭-氧表面基團的量。然后將氧化的活化的紙箱在400,650和950℃脫氣以逐漸消除不同量的這些炭-氧表面基團。氧化和脫氣過程已經(jīng)在別處進行了描述，下面給出簡要的描述。

　　1、用硝酸氧化

　　在維持在約80℃的水浴中，將活性炭樣品(5g)與150mL 50%硝酸在250-mL容量的borosil燒杯中加熱。當大約10mL的酸蒸發(fā)后，將內(nèi)容物冷卻，用水稀釋并轉(zhuǎn)移到濾紙上。碳樣品用熱蒸餾水徹底清洗，直到濾液不含硝酸根離子。這種氧化和洗滌導(dǎo)致一些碳的損失。一些氧化的碳也通過濾紙。清洗后的活性炭樣品首先在空氣中干燥，然后在120℃的電烘箱中干燥，在150℃下放氣，然后儲存在用氮氣沖洗過的帶塞的玻璃瓶中。

　　2、用氧氣氧化

　　將每個活性炭樣品5g分散在鉑舟中。鉑船的口部蓋上一個帶有孔的鉑蓋，以便氧氣可以與碳接觸。將含有碳樣品的船放入電阻管爐中。爐的溫度保持在350℃。純氧和干氧以2Lh-1的速率通過樣品4小時。然后將樣品在氧氣中冷卻并轉(zhuǎn)移到試劑瓶中并在氮氣下儲存。

　　3、活性炭的脫氣

　　將約5克活性炭樣品在管式爐中鋪展成約13厘米的薄層。它通過多孔銅塞塞保持在位。管式爐連接到真空泵能夠提供約3×10-3mm Ilg的真空。爐子的溫度緩慢升高到所需的水平。氣體在不久之后開始發(fā)展。使溫度逐漸上升，并在另一個50℃完全消除氣體之前升高溫度。在所需溫度下脫氣后，使樣品在真空中冷卻至室溫以避免活性炭氧化表面基團的重新形成，然后轉(zhuǎn)移至用氮氣沖洗過的帶塞的瓶子。這些樣品在文中被認為是“脫氣樣品”。

　　鈷(II)離子的吸附方法

　　通過將每種活性炭樣品的已知重量(0.5g)(在120℃的電烘箱中干燥并在干燥器中冷卻)與50ml不同濃度的硝酸鈷溶液一起測定Co(II)離子的吸附。將懸浮液置于保持在30±1℃的空氣恒溫器中。偶爾搖動懸浮液。24小時后。吸出上清液的等分部分，使用標準分析程序，使用雙光束分光光度計在425nm波長下進行光學(xué)比色測定。

　　活性炭表面積對吸附的影響

　　所有活性炭(顆粒狀和纖維狀)均吸附可觀數(shù)量的Co(II)離子，并且對于不同的活性炭，在每個濃度下吸附的量是不同的。通常，與活性炭纖維相比，粒狀活性炭吸附更大量的Co(II)離子。1，雖然ACF-307(910m 2 /g)的表面積僅比GAC-S(1256m 2)小了約25%，但是AC-S對ACF-307的吸附是三倍以上)。類似地ACF-310和AC-K，盡管具有相似的表面積(1184和1190米2/g)顯示出廣泛不同的吸附。這表明活性炭對Co(II)的吸附不能單獨依據(jù)表面積來解釋。Co(II)在氧化碳樣品上的吸收進一步支持了這一點。Co(II)的吸附增加了氧化，盡管氧化/還原樣品的表面積低于所接受的碳樣品的表面積。這方面已經(jīng)在文中稍后討論了�？雌饋碇挥锈挶砻娣e的吸附。鈷在氧化碳樣品上的吸收進一步支持了這一點。鈷的吸附增加了氧化，盡管氧化/還原樣品的表面積低于接收的活性炭的表面積�？雌饋礅挼奈�附也受到活性炭表面的化學(xué)性質(zhì)的影響。由于這些活性炭已經(jīng)使用不同的原料制備，并且使用不同的制備程序，其表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)可能是不同的。

　　活性炭氧化表面團的影響

　　活性炭總是與一定量的化學(xué)吸附的氧氣相聯(lián)系。這種氧存在的形式是碳-氧官能團，其中一些是酸性的。酸性表面基團在400-750℃的溫度范圍內(nèi)以CC>2的形式析出，并假定為羧基和拉克洛酮。其他氧表面基團在500-950℃的溫度范圍內(nèi)抽真空為CO。這些團體被假定為醌類，傾向于使活性炭表面疏水和中性。此外，取決于氧化處理的性質(zhì)和強度，這些表面氧基團的量可以在氧化時得到增強，并且在對氧化的活性炭進行脫氣時減少。

　　溶液pH值對吸附的影響

　　活性炭表面上存在酸性碳-氧基團并在水中電離也會改變碳懸浮液的pH值。在水中接受的ACF-307懸浮液的pH約為7，而AC-K的pH約為10。然而，這些碳懸浮液的pH值在用硝酸氧化時降至3至4，并在4和5用氧氣氧化。因此，鈷離子對碳氧化的吸附的增加是由于鈷離子與碳-氧表面基團的相互作用以及由于溶液pH的改變引起的。鈷的吸收隨著pH增加到約6的pI而增加，并且在更高的p11值下降。這表明溶液的piI的變化導(dǎo)致活性炭表面的碳酸鹽變化，這在不同的溶液pH值下是不同的。在pll范圍3-4中鈷離子的吸附突然增加表明活性炭表面的零點電荷(ZPC)位于這些piI值之間。在低于ZPC的pH值下，碳表面的過量質(zhì)子化使其帶正電荷。這增強了碳表面與帶正電荷的鈷陽離子之間的靜電排斥相互作用并導(dǎo)致較低的吸附。正如已經(jīng)被認為是羧基和甲�；�的那樣。這些表面氧基團在含水溶液中電離時產(chǎn)生Hf離子，這些Hf離子指向液相，使帶有負電荷-COO位點的表面離開。因此，氧化活性炭的碳表面帶有負電荷。這增加了帶負電的碳表面與帶正電荷的鈷陽離子之間的靜電吸引相互作用，從而增加了Co(II)離子的吸附。在逐漸升高的溫度下對活性炭進行脫氣時，這些酸性表面氧基團逐漸消除，這導(dǎo)致帶負電位點的數(shù)量減少，這又減少了Co(II)的吸收。當表面氧基團幾乎完全通過在950℃脫氣去除時，帶負電的COO位點的濃度幾乎降低到零，并且碳表面幾乎達到正性。這減少了碳表面和Co(II)離子之間的吸引力相互作用，從而進一步降低了吸附。在950°脫氣活性炭的情況下Co(II)離子的吸附可能歸因于發(fā)生在孔中。

　　因此，本文中的結(jié)果清楚地表明，活性炭從水溶液中吸附活性炭主要是由酸性碳-氧表面基團決定的。

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