活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭從中去除雷尼替丁，這期研究了低成本材料轉化成活性炭的實用方面以及其在雷尼替丁吸附中的應用。已經顯示，雷尼替丁每年以噸計算排放在地下污水系統中，很容易被納入環境污染的自發機制，特別是在城市地區。雷尼替丁正在通過尿液和糞便排泄，母體化合物或代謝產物到達污水系統，污水處理廠僅將其部分去除，最終污染形式以地表水為主，主要是河流。

　　我們檢測了一種植物制成的活性炭作為在實驗室條件下小規模雷尼替丁吸附的合適吸附劑。這種植物主要生長在沖積性沙質土壤上的攀援耐寒植物。植物的外殼由木質素和纖維素組成。這種結構被認為是生產活性炭的關鍵特征之一。

　　本研究的目標是研究將這種植物轉化為活性炭的實用選擇，以及通過從受污染的水源吸附來去除雷尼替丁的可能用途。在分批條件下研究了動力學，等溫線，雷尼替丁吸附劑pH值和LVC吸附劑用量的影響。進行吸附劑的詳細表征以獲得盡可能多的關于其結構和反應性的信息。

　　活性炭吸附劑是通過熱化學方法從植物殼中得到的。最初，干果用自來水沖洗，然后用去離子水沖洗，以除去灰塵和污垢。將碎殼碎片從內部水果中手工分離，并在去離子水中漂洗和研磨，過濾，在55 ℃下干燥，最后用幾個篩子分級。將造粒為0.8-1.25mm的生物質 進一步浸入10%H2SO4中，并在48 小時內隨機攪拌。將得到的物質用蒸餾水沖洗至中性，在室溫下干燥過夜，然后在105 ℃ 下干燥24小時。在氮氣中，通過以 3 ℃/分鐘的梯度從室溫加熱到400 ℃，在管式爐中碳化該襯底。材料 在400 ℃ 保持60 分鐘，然后 通過以 3 ℃/分鐘的梯度升溫至700 ℃ 在蒸汽(110 毫升/分鐘)中活化。在700 ℃ 再過一小時后，爐子在惰性氣氛中自發冷卻。得到的活性炭用去離子水沖洗，在105 ℃下干燥2 小時并儲存在封閉的瓶子中。

　　掃描電子顯微鏡

　　掃描電鏡顯示，在微觀層面，低密度脂蛋白主要由各種維度和形態各異的微小無序活性炭脆片組成。在圖1(a)中示出了具有多孔結構的較大顆粒。假設這種形成部分來源于前體的原始結構，而這種顆粒的進一步分解導致周圍所示的不規則形狀的較小的活性炭片。如圖1(b)所示，具有平坦表面的不規則顆粒表現出鋒利的邊緣。另外，在2000倍的放大倍率下，在表面上可以看到稀疏的圓孔。這些孔是大孔的開口，這對于吸附物通過活性炭結構的擴散是重要的。

　　圖1。(a)放大350倍活性炭和(b)2000倍的活性炭的SEM顯微照片。

　　濕化學技術

　　Boehm的滴定法，pH值PZC和活性炭的pH值試圖闡明活性炭表面的酸堿特征。毫無疑問，碳化隨后活化前體涉及在最終材料的結構中引入酸性官能團。從Boehm的滴定可以得出結論，非常酸性的基團如羧酸幾乎占分析樣品中所有酸性基團的50%。通過用Na2CO3中和來檢測較少酸性內酯基團的不良存在。如通過活性炭的pH測量的，活性炭的酸性基團處于與堿性部分平衡良好的水懸浮液中，其反應接近中性pH值。pH PZC由漂移法確定，證實了活性炭表面中性性質的相同結論(見表1)。

　　表1。Boehm滴定的結果，pH PZC和活性炭的pH。

活性炭上的官能團類型（μeq/ g）	值
用NaHCO3中和的酸性基團	64
由Na2CO3中和的弱酸性基團	40
非常弱的酸性基團被NaOH中和	140
pH PZC	7.2
pH值	6.6

檢查了最佳的活性炭劑量。 在第一個小時內，初始雷尼替丁濃度為50mg / L顯著下降，這是因為更多的活性炭質量引起更快速的去除。但是，從去除程度可以看出最佳的用量約為 1g / L，因為活性炭質量的進一步增加不會導致進一步的去除。按照這個，所有實驗都選擇這個劑量。結論是，這個劑量足以去除溶解的雷尼替丁99%以上，而其余的則由于動態吸附-解吸平衡而保留在溶液中。當活性炭在初始雷尼替丁濃度為100 mg / L時，在1 g / L的用量下，其最大去除率達到95%左右。

　　用這種工藝做出的活性炭有著發達的微孔，多樣的形態和雷尼替丁強吸附親合性的碳材料。前體中的木質素和纖維素基團在活性炭表面的中性性質的發展以及酸性官能團的形成中發揮了最顯著的作用。注意到在水懸浮液中的中性反應是活性炭表面上酸性和堿性基團平衡良好的結果。

　　觀察到活性炭對雷尼替丁的快速吸附。證明了活性炭最大吸附能力的實驗值(315.5mg / g)和理論值(317.4mg / g)的較好的一致性。這些結果比雷尼替丁類似的研究結果要好得多。這意味著單層吸附在活性炭的表面。被吸附物通道結構的吸附物質轉移似乎受到初始雷尼替丁濃度的影響。

文章標簽：椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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