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活性炭去除污水中的4-氯酚

來源：韓研活性炭網(wǎng) 作者：韓研活性炭網(wǎng) 2017-11-13

　　活性炭去除污水中的4-氯酚，由于其各種工業(yè)應(yīng)用，氯酚和其他酚基化合物已經(jīng)代表了一些最危險(xiǎn)和持久的有機(jī)污染物。由于顯而易見的原因，從污染區(qū)域和水源中去除氯酚和前體酚最為重要。除去它們的很多方法已經(jīng)被研究，其中包括與微生物生物處理和酶,和經(jīng)由使用有機(jī)膨潤土吸附、沸石、飛灰、和活性炭。另外，各種催化方法已經(jīng)被使用，例如那些涉及光催化降解和電化學(xué)氧化。

　　由于活性炭具有高比表面積和獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，包括表面官能團(tuán)的極性和性質(zhì)，因此已被證明是許多類型的無機(jī)和有機(jī)化合物的非常有效的吸附劑。這些碳的表面化學(xué)性質(zhì)和被吸附物的化學(xué)特性，如極性，離子性質(zhì)，官能團(tuán)和溶解度，決定了吸附機(jī)理的性質(zhì)以及吸附的程度和強(qiáng)度。而且，活性炭的多孔結(jié)構(gòu)由相互連接的大孔，中孔和微孔的網(wǎng)絡(luò)組成，這為有機(jī)分子的吸附提供了良好的能力。因此，預(yù)期各種機(jī)制和力量，例如離子交換，共價鍵合，范德華力，H結(jié)合，偶偶極相互作用。雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是活性炭的生產(chǎn)和再生是非常昂貴的，更高的等級意味著更高的成本。在試圖找到替代，更經(jīng)濟(jì)，技術(shù)許多研究者已經(jīng)探索了使用其它吸附劑，都有不同程度的成功。可替代地從廉價和豐富的原料制得的活性炭被證明是合理的，非常有效的。來自農(nóng)業(yè)來源的活性炭(通常是農(nóng)業(yè)廢物)可以通過物理活化(包括初級碳化(低于700℃)，然后在高溫下(高達(dá)1100℃)的氧化氣體的作用下的受控氣化)前體與限制焦油形成的化學(xué)物質(zhì)(例如硝酸，磷酸，過氧化氫等)混合的活化)。捏合后，將前體碳化并洗滌以產(chǎn)生最終的活性炭。摻入到前體顆粒內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)與熱分解產(chǎn)物反應(yīng)，減少揮發(fā)物的析出并抑制顆粒的收縮。這增加了前體向碳的轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生具有大的內(nèi)部孔隙度的碳。熱處理后，通過充分洗滌除去化學(xué)品。

　　下面我們來做活性炭去除污水中的4-氯酚的測試，首先我們制備五種不同的活性炭分別進(jìn)行測試。

　　pH對2：1活性炭吸附苯酚的影響

　　大部分關(guān)于活性炭吸附芳香族化合物的研究并不能完全解釋這些化合物被吸附的機(jī)理。這歸因于許多變量參與吸附過程，例如芳香族化合物的溶解度，官能團(tuán)在吸附劑上的電離狀態(tài)，靜電相互作用，分散和化學(xué)相互作用以及兩者的固有性質(zhì)溶質(zhì)和吸附劑。在pH5.5-10.5的范圍內(nèi)研究2：1活性炭上4-氯酚的吸附，結(jié)果如圖1所示。按照材料和方法部分前面概述的程序，發(fā)現(xiàn)2：1 活性炭的零電荷點(diǎn)(pH PZC)為7.2。圖1顯示活性炭上4-氯酚的吸收在pH 5.5時達(dá)到最大值，隨著溶液pH值的增加而降低。4-氯酚攝取的減少在pH> 7.5時更顯著。這是由于4-氯酚電離對溶液pH的依賴性和中孔碳的零電荷點(diǎn)以及4-氯酚和活性炭之間的靜電和分散相互作用。

　　液pH還通過其pKa控制電解質(zhì)的分解或離子化。因此，酸性電解質(zhì)將在pH> pKa下解離。因此，溶液的pH值控制著對吸附過程的吸附和吸附 - 吸附的靜電相互作用，這對吸附過程具有深遠(yuǎn)的影響。因此，取代苯酚在活性炭上的吸附取決于溶液的pH值。“對于4-氯酚，隨著pH值的增加，氯酚鹽離解物種的pKa為9.43的4-氯酚的相對量增加。在pH 5.5時，4-氯酚攝取是最大的，因?yàn)?-氯酚沒有解離，并且分散相互作用占優(yōu)勢。但是，在堿性pH下，特別是在pH> pHPZC時。

　　在2：1活性炭上4-氯酚吸附的動力學(xué)

　　在最佳pH下用2：1活性炭的100ppm4-氯酚溶液研究在制備的活性炭上4-氯酚的吸附動力學(xué); 即 5.5，并且在不同的溫度下。4-氯酚吸收隨時間變化的結(jié)果如圖2所示。

　　從圖中可以明顯看出2：1活性炭上4-氯酚的吸收很快; 超過85%的最大攝取發(fā)生在頭40分鐘。40分鐘后吸附過程平穩(wěn)，變得更慢，接近平衡。在這兩個吸收階段之間，發(fā)現(xiàn)吸附速率幾乎是恒定的。這可以從以下事實(shí)來解釋：在第一個40分鐘內(nèi)，有大量的空缺表面可用于吸附。因此，吸收迅速增加。在40分鐘之后，由于固體相和本體相上的溶質(zhì)分子之間的排斥力，剩余的空位表面位置被立體地和靜電地阻礙。所以，進(jìn)展緩慢。

　　活性炭已經(jīng)被證明對所研究的污染物即4-氯苯酚是有效的吸附劑。發(fā)現(xiàn)制備的活性炭上的吸附過程與pH有關(guān); 它通過增加pH值而降低。對所制備的活性炭的動力學(xué)研究表明，Elovich方程可以合適地描述制備的活性炭的吸附動力學(xué)過程，其遵循偽二級動力學(xué)，涉及膜，孔隙和表面擴(kuò)散以及孔隙上的吸附表面。平衡研究表明，Langmuir等溫線模型最好地描述了在制備的活性炭上4-氯酚的吸附。所確定的熱力學(xué)性質(zhì)，表明4-氯酚在制備的活性炭上的吸附過程的自發(fā)和吸熱性質(zhì)。

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