硒(Se)是許多活生物體必需的微量營養(yǎng)素，但它也是一種對(duì)人類，家畜，和植物潛在的有害物質(zhì)。硒以各種形式和濃度已經(jīng)在農(nóng)業(yè)排水和工業(yè)廢水，如熱電發(fā)電，采礦和煉油廠行業(yè)中被發(fā)現(xiàn)。例如燃煤電廠濕法煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)廢水中的硒污染。原則上，硒固定化可以通過吸附，凝聚，沉淀和離子交換來實(shí)現(xiàn)，或通過化學(xué)和生物還原過程。但是，與生物技術(shù)相關(guān)的高成本，復(fù)雜性和很多其他問題。此外，生物處理后產(chǎn)生更多可生物利用的有機(jī)硒會(huì)對(duì)環(huán)境造成潛在危害。因此，仍然需要可靠且具有成本效益的硒解決方案。在本文研究中，我們制備了一種新型活性炭，這種活性炭是通過將銅離子沉淀到活性炭的表面上而得到的。我們?cè)趯?duì)獲得的活性炭進(jìn)行多方面表征后。進(jìn)行批處理實(shí)驗(yàn)來評(píng)估在不同條件下通過活性炭負(fù)銅去除硒酸鹽的能力。

　　銅包覆活性炭的制備

　　在500mL燒杯中，將15克預(yù)清潔的活性炭粉與300 mL 5、25、50 或250 mM的CuSO 4溶液混合，以檢查Cu濃度對(duì)硒酸鹽去除的影響，從而得出質(zhì)量比銅分別以每克活性炭和5.0 mmol Cu 2+轉(zhuǎn)化為載銅活性炭。攪拌5.0分鐘后，將懸浮液用1.0M NaOH溶液緩慢滴定至pH為7.0，以使Cu 2+作為Cu(OH)2完全沉淀。NaOH處理后未檢測(cè)到Cu 2+水溶液。過濾得到的懸浮液，然后用去離子水洗滌直到SO 4 2-在上清液中低于1.0ppm。將洗滌的活性炭在105℃下干燥過夜。冷卻后，用DI再次漂洗覆銅的活性炭，并在105°C下干燥，然后粉碎并保存在塑料瓶中以備使用。

　　銅包覆活性炭的特性

　　如圖1所示，在涂覆銅之前和之后，活性炭顆粒的表面形態(tài)變化很大。原始活性炭表面光滑，多孔且粗糙(圖1a)。在以每克活性炭0.1 mmol銅的劑量涂覆銅后(圖1b)，活性炭表面散布并均勻沉積有小的白色顆粒物質(zhì)，這些白色顆粒物質(zhì)通過EDS分析被鑒定為含銅物質(zhì)(數(shù)據(jù)未顯示)。銅顆粒似乎是納米大小的，范圍小于<0.5μm。表明銅被均勻地涂覆在活性炭表面上。隨著銅劑量增加，在活性炭表面上觀察到更多的含銅化合物沉積。以1.0 mmol載銅活性炭截取的絮狀涂層涂層(圖1c)并在5.0 mmol載銅活性炭下觀察到活性炭表面上的厚而完全覆蓋(圖1d)。

　　圖1：(a)含銅量為(b)0.1，(c)1.0和(d)5.0 mM載銅活性炭的粗銅包覆活性炭的SEM圖像。

　　銅涂層劑量對(duì)硒酸鹽去除的影響

　　如圖2a所示，隨著銅涂層劑量的增加，其硒酸鹽去除效率顯著提高。平衡后，原始活性炭只能去除27%的硒酸鹽。相比之下，在銅劑量為0.1、0.5、1.0和5.0 mmol / g 活性炭的情況下，載銅活性炭的硒酸鹽去除量分別為67%，71%，81%和88%。盡管銅浸漬后吸附劑的比表面積和總孔體積減少，但通過載銅活性炭去除硒酸鹽仍實(shí)現(xiàn)了增加。但是，銅處理將表面Zeta電位從高負(fù)變?yōu)榈拓?fù)，甚至變?yōu)檎�，這可能是促進(jìn)吸附能力的原因。該觀察結(jié)果與先前的一些研究相一致，亞硒酸鹽吸附在鐵包被的銅上，丙硫醇在銅包覆活性炭上吸附和Cr(VI)在HNO 3改性活性炭上吸附。本研究中在活性炭上涂銅的劑量(0.1-5.0mmol)并不高。盡管在所有載銅活性炭吸附的整個(gè)過程中均未檢測(cè)到溶解的銅釋放，但長期應(yīng)用中可能釋放的銅離子可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，進(jìn)行了針對(duì)載銅活性炭的毒性特征浸出程序規(guī)程，以評(píng)估其潛在風(fēng)險(xiǎn)。TCLP結(jié)果表明，對(duì)于浸有0.1、0.5、1.0和5.0 mmol的載銅活性炭，萃取浸出法分別含有0.2、4.5、12.6和56.8 mg/L溶解的銅。在中國，危險(xiǎn)固體廢物滲濾液中的總銅含量為50 mg/L。此外，銅的可溶性閾限濃度為25 mg/L。因此，活性炭涂層≤1。對(duì)于潛在的應(yīng)用，銅是可接受的吸附劑。用過的活性炭可以作為無害固體處置。

　　圖2：(a)銅涂層劑量[0，0.1、0.5、1.0和5.0 mmol 的載銅活性炭]對(duì)硒酸鹽吸附的影響，(b)溶液對(duì)硒酸根在銅包被的活性炭上的吸附的離子強(qiáng)度，以及吸附后溶液的pH，初始pH約為7.0。

　　離子強(qiáng)度的影響

　　通常，高離子強(qiáng)度會(huì)由于競(jìng)爭(zhēng)而抑制目標(biāo)污染物在水相中的吸附。許多先前的研究僅使用非常低的鹽度(≤5毫米)來探測(cè)的離子強(qiáng)度或共同存在的離子上的污染物吸附改性活性炭。評(píng)估離子強(qiáng)度對(duì)吸附的影響是不準(zhǔn)確的，因?yàn)閷?shí)際水/廢水中的鹽度遠(yuǎn)高于它。因此，在這項(xiàng)研究中，進(jìn)行了更高的鹽度(0–100 mM)以研究離子強(qiáng)度對(duì)硒酸鹽吸附到活性炭負(fù)載銅上的影響。結(jié)果如圖2b顯示離子強(qiáng)度顯著抑制硒酸鹽在活性炭負(fù)載銅上的吸附。離子強(qiáng)度的增加減少了硒酸鹽在活性炭負(fù)載銅上的吸附。當(dāng)存在10 mM NaCl時(shí)，硒酸鹽的去除率從84%大幅下降至75%。當(dāng)分別添加25mM，50mM，7 mM和100mM NaCl時(shí)，其進(jìn)一步降低至62.5%，50.3%，39.7%和30.5%。添加的NaCl分別對(duì)應(yīng)于鹽含量為0.59、1.46、2.9、4.39和5.85 g/L。該鹽度可與大多數(shù)中度污染的水/廢水相媲美。用增加的NaCl加入觀察pH值的小的增加，可能是由于氯的交換-用OH-對(duì)活性炭負(fù)載銅表面。結(jié)果表明，離子強(qiáng)度而不是pH是硒酸鹽去除效果差的主要原因。這暗示著對(duì)離子強(qiáng)度敏感的外球絡(luò)合物是硒酸鹽吸附在活性炭負(fù)載銅上的最可能的機(jī)理。先前的研究表明，外球復(fù)合物是弱結(jié)合的親和力，并且隨著離子強(qiáng)度的增加會(huì)顯著減弱。在以前的研究中也觀察到了離子強(qiáng)度對(duì)污染物吸附的負(fù)面影響，硒酸鹽吸附在氧化鐵/氫氧化物上，鐵涂層的活性炭和碘化物在活性炭負(fù)載銅上的吸附。結(jié)果表明，鍍銅的活性炭可能無法有效去除某些鹽分較高的廢水中的硒酸鹽，但可能對(duì)鹽度相對(duì)較低(例如，離子強(qiáng)度<50 mM)的廢水有效吸附。

　　通過簡單的沉淀工藝制備了覆銅的交流吸附劑。銅處理通過改變活性炭表面的理化特性，顯著提高了硒酸鹽的吸附能力。改性將活性炭的表面電荷從高度負(fù)變?yōu)檎�，從而通過靜電吸引增強(qiáng)了硒酸鹽的吸附。高離子強(qiáng)度和pH抑制硒酸鹽的吸附。通過靜電吸引，離子交換和氫鍵形成的外層絡(luò)合物可能是硒酸鹽固定在銅包覆活性炭上的主要機(jī)理。通過對(duì)廢吸附劑進(jìn)行TCLP測(cè)試，可以觀察到負(fù)載為≤1.0mmol銅覆蓋活性炭的改性活性炭的可接受的銅浸出。使用過的吸附劑可以通過NaOH萃取有效而輕松地再生，以供再次使用。再生的活性炭負(fù)載銅可以重復(fù)使用3次，去除效率只會(huì)降低。

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