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活性炭吸附砷的能力怎么提高
砷是一種有毒的準(zhǔn)金屬,可以在天然硫化礦物或沉積物中找到。這些天然砷化合物通常通過火山活動和風(fēng)化反應(yīng)等全球地球化學(xué)活動釋放到水中。此外,也有人為的砷化合物釋放到自然界中。自然界中釋放的砷的主要無機(jī)種類是無機(jī)形式。三價砷是厭氧條件下的主要污染物,其毒性大于五價砷。從水中除去超標(biāo)的砷,吸附法是比較好用的,活性炭是常用材料。為了提高活性炭對砷的吸附能力,使用苯胺對各種原材料進(jìn)行熱化學(xué)氣相沉積以制備摻氮活性炭樣品,再來測試對砷的吸附能力。
怎么提高活性炭的吸附能力
加熱和氮摻雜處理可以增加活性炭的陰離子吸附能力。在950℃下加熱活性炭以通過含氧酸性官能團(tuán)的分解來增強(qiáng)石墨烯層上的π電子。石墨烯層上的π電子可以吸引一些質(zhì)子,導(dǎo)致吸附位點(diǎn)略有增加,并且通過退火過程分解含氧酸性官能團(tuán)會增強(qiáng)π電子,因?yàn)檫@些官能團(tuán)被稱為電子-撤回團(tuán)體。經(jīng)過熱處理使活性炭樣品具有抵抗蒸汽活化的硬度,因此,我們必須在最后一步進(jìn)行退火過程,因?yàn)樵谕嘶鸷鬅o法正確進(jìn)行蒸汽活化。并且通過熱處理從其他表面氮物種形成季氮,進(jìn)行實(shí)際檢測來證明活性炭的原始表面性質(zhì)對砷吸附能力的影響。
根據(jù)溶液pH值對砷的潛在吸附位點(diǎn)
活性炭的陰離子吸附能力通常受溶液pH值的影響。因此,我們使用吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)評估了所有pH范圍內(nèi)砷的潛在吸附位點(diǎn)。pH2-12吸附容量的結(jié)果如圖1所示。所有樣品在pH7附近表現(xiàn)出高吸附能力。通常,酸性pH條件下的陰離子吸附能力取決于堿性官能團(tuán)的數(shù)量。作為基本官能團(tuán)的例子,石墨烯層上的π電子可以吸引一些質(zhì)子,導(dǎo)致吸附位點(diǎn)略有增加。此外,吡啶氮(N-6)、吡咯氮(N-5)和胺基團(tuán)在低于特定pH值時會變成帶正電荷的吸附位點(diǎn),這取決于它們的酸度系數(shù),而季氮始終以帶正電的形式存在。因此,當(dāng)這些位點(diǎn)根據(jù)它們的酸度系數(shù)在某些酸性pH范圍內(nèi)變成正電荷時,它們可以充當(dāng)陰離子吸附位點(diǎn)。由于這個原因,碳的活化在酸性pH值而不是堿性pH值條件下表現(xiàn)出相對較高的砷吸附能力。然而,H3AsO4的酸度系數(shù)值為2.19、6.94和11.5。例如,砷酸鹽的主要種類是H3AsO4和H2AsO4-在pH值2.19。因此,當(dāng)溶液pH值低于2時,砷的主要種類變?yōu)橹行。活性炭和被吸附物之間的靜電相互作用變得排斥。此外,由于用鹽酸調(diào)節(jié)pH,砷酸鹽和氯離子之間的競爭會抑制砷酸鹽的吸附。相反,砷的主要種類是堿性pH范圍內(nèi)的陰離子。然而,當(dāng)溶液的堿度大于每個樣品的pHpzc時,碳表面帶負(fù)電荷。這些強(qiáng)堿性條件在靜電上不適合陰離子吸附。此外,過量的氫氧根離子也在堿性區(qū)域中充當(dāng)強(qiáng)競爭離子。綜上所述,陰離子吸附在堿性pH范圍內(nèi)是不利的。
圖1:活性炭在各種平衡pH范圍內(nèi)對砷吸附的影響。
吸附等溫線
我們在圖2中顯示了連續(xù)加熱處理活性炭的朗繆爾吸附等溫線。由于顯示出大吸附容量的pH值較窄,因此我們將平衡pH條件確定為pH6.6-7.0。在此范圍內(nèi),大多數(shù)經(jīng)CVD處理的樣品顯示出穩(wěn)定的吸附能力。決定系數(shù)指出朗繆爾等溫線與所有樣品的合適匹配。因此,該結(jié)果表明砷吸附可以發(fā)生在單層上。總之,該結(jié)果支持了砷酸鹽吸附發(fā)生在NQ位點(diǎn)、石墨烯層上的π電子質(zhì)子化以及活性炭的含氧和氮的基本官能團(tuán)質(zhì)子化的想法。
圖2:活性炭的砷吸附朗繆爾吸附等溫線。
具有微孔表面的活性炭適合作為砷吸附劑,實(shí)驗(yàn)結(jié)果是增加活性炭的比表面積和高濃度的季氮含量將增強(qiáng)所有pH范圍內(nèi)的砷吸附。蒸汽活化的連續(xù)處理前驅(qū)體的氮含量影響了基本官能團(tuán),因此由低含氮前驅(qū)體制成的樣品在酸性pH條件下表現(xiàn)出低砷吸附能力。如果熱處理后的結(jié)構(gòu)容易被活化工藝破壞,熱化學(xué)氣相沉積工藝后產(chǎn)生的表面會在活化過程中丟失。熱化學(xué)氣相沉積工藝引入的氮將在整個pH范圍內(nèi)的砷吸附機(jī)制中發(fā)揮重要作用。因此,活性炭前體應(yīng)具有抗熱處理的剛性表面,經(jīng)過處理后氮含量增加了1.7%。由于其介孔表面,增加是所有前體中比較高的。
文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.推薦資訊
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