使用活性炭吸附劑處理環(huán)境中的污染物是現(xiàn)在普遍的處理方法，主要是因?yàn)榛钚蕴烤哂懈鞣N具有不同表面特征的形式。通過(guò)操縱活性炭的物理和化學(xué)表面特征(例如表面積，孔徑，孔體積和官能團(tuán))來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的表面性質(zhì)。為了用于從水溶液中吸附金屬離子，所制備的碳的雖然物理結(jié)構(gòu)很好了但是化學(xué)性質(zhì)不是很大，需要重新改性。有時(shí)在活性炭上進(jìn)行化學(xué)再活化或二次處理方法以進(jìn)一步操縱表面性質(zhì)以改善其去除期間污染物的選擇性和吸附效率。因此，在本期我們研究各種濃度的無(wú)機(jī)酸比如硫酸、磷酸或硝酸為活性炭改性中的活化劑，測(cè)試那種活化劑能增強(qiáng)活性炭對(duì)鉻去除的效果。

　　掃描電子顯微鏡分析

　　掃描電子顯微鏡圖像顯示在圖1a-h中�；钚蕴康牧姿崽幚韺�(dǎo)致具有可見(jiàn)孔隙率的材料(圖1a-c)。然而，仔細(xì)觀(guān)察后，孔隙結(jié)構(gòu)和尺寸是不同的。20%濃度改性后的活性炭具有稍微細(xì)長(zhǎng)的孔，40%表現(xiàn)出均勻的圓形孔，而60%顯示出細(xì)長(zhǎng)和圓形毛孔的混合。這些觀(guān)察結(jié)果表明，不同濃度的磷酸活化的活性炭具有不同的物理屬性。在這種情況下，磷酸是活化劑，并且在加熱時(shí)產(chǎn)生孔道，因?yàn)樗鼜奶贾幸莩�，從而帶走一些萃取劑。圖1d描繪了具有小孔的粗糙紋理，圖1e顯示了類(lèi)似巢的類(lèi)型的孔，圖1f顯示了孔的破壞和變寬。孔結(jié)構(gòu)和孔體積的變化可歸因于活化劑的強(qiáng)度增加。濃度較高的硝酸會(huì)破壞表面基團(tuán)。因此，需要使用最佳濃度的活化劑來(lái)防止損害吸附劑的表面特性。濃度太高可能導(dǎo)致結(jié)合官能團(tuán)的提取，使吸附劑吸附性差。

　　圖1：不同濃度的三種無(wú)機(jī)酸改性后活性炭的掃描電子顯微鏡圖像。

　　測(cè)試多種活性炭對(duì)鉻的吸附情況

　　pH值是影響吸附劑的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)于硫酸和硝酸改性的活性炭，pH值從1增加到9，鉻的去除率降低，在pH1下去除百分比最高。對(duì)于硫酸經(jīng)處理的活性炭的趨勢(shì)略有不同，最大去除率為pH4。低于pH2硝酸改性的活性炭去除率最高，但從pH4開(kāi)始，硫酸改性活性炭表現(xiàn)最佳。用硫酸改性在活性炭表面上賦予一些硫醇基團(tuán)。然而，硫酸改性的碳去除鉻的百分比較低意味著鉻對(duì)硫基配體的親和力較低。這可以基于軟堿硬酸關(guān)系來(lái)解釋。鉻是硬酸，而硫是軟基。

　　圖2：PH的影響。

　　吸附物與活性炭的接觸時(shí)間對(duì)吸附效果的影響很大，在接觸過(guò)程中鉻的去除從0到10分鐘急劇增加，然后從10分鐘減慢到120分鐘，最終在硫酸改性的吸附劑中從120到720分鐘達(dá)到平衡。用磷酸改性的吸附劑觀(guān)察到相同的趨勢(shì)，但是在60分鐘時(shí)更早達(dá)到平衡，而對(duì)于硝酸改性活性炭，平衡似乎在240和480分鐘之間達(dá)到。去除百分比沒(méi)有明顯差異從120到720分鐘。除了更快的去除動(dòng)力學(xué)之外，磷酸改性的吸附劑顯示出比硫酸和硝酸改性的對(duì)應(yīng)物更高的去除百分比，從0到120分鐘。據(jù)預(yù)測(cè)，無(wú)機(jī)酸在浸漬過(guò)程中會(huì)穿透活性炭孔隙，一旦加熱到高溫，它們就會(huì)通過(guò)孔隙與萃取劑一起逸出，留下互補(bǔ)的孔隙。留下的通道通過(guò)與所得官能團(tuán)的物理和化學(xué)相互作用幫助吸收吸附物。出于均勻性原因，選擇12小時(shí)并用作后續(xù)實(shí)驗(yàn)的最佳時(shí)間。

　　圖3：接觸時(shí)間的影響。

　　各種改性活性炭的吸附能力比較

　　對(duì)鉻實(shí)現(xiàn)有效吸附所需的較高劑量可能意味著用硝酸，硫酸對(duì)活性炭進(jìn)行化學(xué)氧化和磷酸除去吸附位點(diǎn)。具體地，當(dāng)考慮所用的劑量和初始濃度時(shí)，硫酸和磷酸改性產(chǎn)生的活性炭與沒(méi)改性的相比具有較差的性能。因此，基于使用不同前體的研究，不能推廣酸改性對(duì)活性炭性能的影響。對(duì)于不同濃度硫酸磷酸改性和20%硝酸改性活性炭，在pH 1下各種吸附劑的處理能力都超過(guò)75%最大的硝酸改性活性炭達(dá)到了98%，而磷酸改性活性炭的那些性能最大。總的來(lái)說(shuō)，20%硝酸改性的活性炭才是去除鉻的最佳吸附劑。

　　使用不同濃度(20-60%)的硝酸，硫酸和磷酸化學(xué)氧化的活性炭評(píng)估從水溶液中生物吸附鉻以確定最佳活化劑。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活化劑的濃度以及改性劑的類(lèi)型起著對(duì)比作用，因此不能做出一般性假設(shè)。每個(gè)案例都值得研究，目前的研究首次表明三種酸對(duì)活性炭的改性是如何影響鉻的去除的。由于所產(chǎn)生的活性炭的化學(xué)復(fù)雜性，沒(méi)有一種模型可以解釋去除機(jī)理。因此，多層吸附等溫線(xiàn)更好地說(shuō)明了制備的活性炭對(duì)鉻的吸附。最后的各類(lèi)型的活性炭比較結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，20%硝酸改性的活性炭能最大量的吸附水中的鉻。

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