活性炭負(fù)載納米銀對(duì)吸附苯酚的影響

　　工業(yè)廢水排放中存在的高危險(xiǎn)的污染物之一是苯酚。它有毒，高度易燃，可溶于水，油，二硫化碳以及許多其他有機(jī)溶劑中。由于其在天然水中的溶解性，為了除去廢水中的苯酚現(xiàn)在有微生物降解，化學(xué)氧化，酶促聚合，膜分離，溶劑萃取，光催化降解和吸附等許多技術(shù)來(lái)處理。但是使用活性炭的吸附技術(shù)是用于環(huán)境控制和廢水管理的效果非常好的方法。

　　為了更好的處理廢水中的苯酚，我們對(duì)作為吸附劑的活性炭進(jìn)行了改進(jìn)，本次主要測(cè)試將銀納米顆粒浸漬到堿處理的活性炭中對(duì)模擬廢水中苯酚的去除效果。我們將納米技術(shù)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，響應(yīng)面方法和定量解決方案集成在一個(gè)框架中，以?xún)?yōu)化產(chǎn)率并改善活性炭的理化特性。來(lái)達(dá)到具有可持續(xù)性，廉價(jià)，簡(jiǎn)單，環(huán)境友好和可復(fù)制的特點(diǎn)。

　　生產(chǎn)過(guò)程對(duì)活性炭產(chǎn)量和亞甲基藍(lán)數(shù)的影響

　　主要因素的3D圖及其與活性炭產(chǎn)量和亞甲基藍(lán)數(shù)的相互作用中顯示在圖1。從中可以明顯看出圖1(c、f)溫度和停留時(shí)間對(duì)產(chǎn)率和亞甲基藍(lán)數(shù)值有顯著影響。隨著停留時(shí)間從90分鐘增加到120分鐘，產(chǎn)量和亞甲基藍(lán)數(shù)下降不成比例，這可能歸因于C和其他元素(包括H和O)的釋放。但是，隨著溫度在500-600°C之間升高，產(chǎn)率和亞甲基藍(lán)數(shù)顯著提高，在90分鐘時(shí)獲得的值更高。然而，觀察到隨著溫度進(jìn)一步升高至620℃以上，活性炭收率和亞甲基藍(lán)數(shù)的值顯著降低。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因可能是在高于600°C的溫度下失去了更多的雜原子，隨著在爐中停留時(shí)間超過(guò)90分鐘，情況變得更糟。因此，亞甲基藍(lán)數(shù)減少表明了焦炭收率和吸附能力的降低。所有樣品獲得的亞甲基藍(lán)數(shù)大小表明中孔在產(chǎn)生的活性炭中的分布。碳化溫度對(duì)活性炭的孔結(jié)構(gòu)影響最大，因此對(duì)吸附能力的影響最大。亞甲基藍(lán)數(shù)的最高值是在610°C附近獲得的，當(dāng)更多的揮發(fā)性物質(zhì)逸出時(shí)，一些微孔會(huì)變寬。圖1(e)顯示活化濃度和停留時(shí)間的相互作用�；钚蕴康膩喖谆�藍(lán)數(shù)隨活化劑濃度的增加而增加。在90分鐘時(shí)獲得最大值，隨著停留時(shí)間接近120分鐘而降低。對(duì)于產(chǎn)率觀察到類(lèi)似的趨勢(shì)。亞甲基藍(lán)數(shù)和產(chǎn)率的降低可能是由于碳化過(guò)程中濃堿溶液的活性延長(zhǎng)引起的孔變質(zhì)的結(jié)果。

　　圖1：3-D圖顯示了(a、d)溫度和濃度(b、e)接觸時(shí)間以及濃度(c、f)接觸時(shí)間和溫度的相互作用對(duì)活性炭的百分收率和亞甲基藍(lán)數(shù)的影響。

　　活性炭負(fù)載納米銀對(duì)苯酚的批量吸附研究

　　進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)以研究苯酚在活性炭負(fù)載納米銀吸附劑上的吸附。進(jìn)行了一組實(shí)驗(yàn)以研究苯酚的初始濃度和接觸時(shí)間對(duì)活性炭負(fù)載納米銀吸附劑對(duì)苯酚吸收的影響。這是通過(guò)改變初始濃度(50–200mg/L)和接觸時(shí)間(30–200min)，同時(shí)分別將吸附劑量和攪拌固定在0.2g和200rpm上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另一組實(shí)驗(yàn)，用來(lái)確定活性炭吸附劑的最大程度吸收苯酚的工藝參數(shù)。在這里，選擇的因素包括初始苯酚濃度，接觸時(shí)間，吸附劑劑量和攪拌速率等。

　　苯酚初始濃度和接觸時(shí)間的影響

　　圖2展示了在30°C下各種接觸時(shí)間和初始苯酚濃度(50–200mg/L)下苯酚去除率的特征。由于在活性炭上存在空位，所以吸附劑對(duì)苯酚的吸收隨時(shí)間的推移而改善。開(kāi)發(fā)了超過(guò)水相和固相之間傳質(zhì)阻力的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。這是導(dǎo)致苯酚分子從一開(kāi)始就迅速吸收的原因，后來(lái)在達(dá)到平衡之前下降。在平衡狀態(tài)下，由于苯酚分子與吸附劑表面之間的排斥力無(wú)法吸附苯酚分子，因此吸附劑的空位無(wú)法達(dá)到最大苯酚吸收量。苯酚的初始濃度影響除去的苯酚和平衡時(shí)間。初始濃度為100mg/L時(shí)，最大吸附量為90.06%，而200mg/L時(shí)為83.95%。在較低的苯酚初始濃度下(苯酚分子與空位的比率較小)，由于活性炭載納米銀材料上存在更多的空位，所以在平衡狀態(tài)下吸附的苯酚量較高。隨著比率隨著初始苯酚濃度的增加而增加，空位容易變得飽和，苯酚分子趨于競(jìng)爭(zhēng)擴(kuò)散到內(nèi)部孔中，導(dǎo)致吸附劑表面的吸收百分比降低。從該實(shí)驗(yàn)中，所有濃度的2小時(shí)后去除率均無(wú)顯著增加。因此，接觸時(shí)間(60–120分鐘)和濃度(100–200mg/L)是個(gè)好選擇。

　　圖2：活性炭對(duì)于各種初始濃度的苯酚去除百分率。

　　經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)用銀納米粒子的負(fù)載提高了活性炭的參數(shù)。增大了活性炭的孔徑，能更好的將苯酚容納在孔空間內(nèi)�？紤]到初始苯酚濃度為200mg/L，0.25g吸附劑劑量，74分鐘接觸時(shí)間和156rpm攪拌速率，活性炭負(fù)載納米銀材料的去除苯酚百分比為94.7%，比沒(méi)納米銀負(fù)載的活性炭提高了11%。

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