活性炭從水溶液中吸收雙酚A

　　雙酚A也稱為2,2-雙(4-羥基苯基丙烷)(BPA)作為單體單元和聚合物工業(yè)中的添加劑已經(jīng)成熟。BPA首次以商業(yè)規(guī)模用于固化塑料和制備環(huán)氧樹脂，用于塑料瓶、食品和飲料包裝、運(yùn)動(dòng)器材、儲(chǔ)存容器等。當(dāng)pH值非常高或非常低的食品或高溫食品與塑料材料接觸時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致BPA從塑料材料中浸出到食品基質(zhì)中，對(duì)其在消費(fèi)品容器中的安全性存在嚴(yán)重的擔(dān)憂。本次研究了活性炭和磁性活性炭用于從水溶液中消除雙酚A(BPA)的可用性。

　　在水處理技術(shù)中，磁力過濾的使用已成為一種很有前途的方法，因?yàn)樗�可以快速有效地去除廢水中的污染物�？梢灾苽淇梢耘c污染物結(jié)合的廉價(jià)但有效的活性炭吸附劑，然后可以進(jìn)行磁性分離。即使在固體濃度很高的情況下，磁分離器也可以很容易地從溶液中分離活性炭吸附劑。該研究有效地將回收材料制成廉價(jià)的活性炭和磁性炭，隨后將其用于去除BPA。研究了一些實(shí)際工況條件等因素對(duì)吸收過程的影響。

　　使用兩種活性炭的吸附程序

　　為了生成動(dòng)力學(xué)和平衡數(shù)據(jù)，在溶液溫度、pH、吸附劑用量、初始BPA濃度和持續(xù)時(shí)間等不同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行了一系列批次實(shí)驗(yàn)。BPA吸附實(shí)驗(yàn)在25-200mg/L雙酚A濃度范圍內(nèi)進(jìn)行。在錐形燒瓶中，將0.1g吸附劑分散到25cm3的BPA溶液中并攪拌最長140分鐘。將吸附劑從溶液中分離出來，在276nm波長處獲取吸光度，同時(shí)使用方程式估計(jì)吸附的BPA的量。

　　吸附研究

　　溶液pH值在吸附過程中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗鼘?duì)吸附劑和污染物的化學(xué)性質(zhì)都有很大的影響。根據(jù)pH依賴性的結(jié)果，BPA去除率在低pH范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，但在pH大于7時(shí)降低。在初始溶液pH范圍為2至87.3%時(shí)，BPA去除率穩(wěn)定在81.0至87.3%左右。發(fā)生這種情況可以解釋為BPA在pH>pKa值時(shí)主要以BPA的中性分子形式存在，在高于8.0時(shí)會(huì)去質(zhì)子化，從而形成一價(jià)或二價(jià)陰離子。這意味著在堿性pH范圍內(nèi)BPA去除百分比的降低可能是由于帶負(fù)電的吸附劑表面與雙酚鹽陰離子之間存在的反靜電關(guān)系的結(jié)果。

　　圖1：在接觸時(shí)間為100分鐘、初始BPA濃度為200mg/L、溫度為55℃時(shí)，用量對(duì)活性炭和磁力活性炭吸附BPA的影響。

　　此外，還評(píng)估了吸附劑用量(0.03至1g)對(duì)BPA吸附的影響，而其他參數(shù)保持不變。如圖1所示，隨著吸附劑用量從0.03g增加到0.9g，活性炭和磁力活性炭的平衡BPA去除率分別從64.10增加到75.84%和73.90到79.48%。這一結(jié)果得到了先前研究結(jié)果的支持，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)吸附劑用量的增加將導(dǎo)致吸附的污染物量增加，這是由于吸附劑表面積的增加這相應(yīng)地增加了可用的受體位點(diǎn)。

　　研究測(cè)試結(jié)果分析

　　對(duì)于使用活性炭和磁力活性炭作為吸附劑的雙酚A吸附，二次模型證實(shí)了響應(yīng)與方程所描述的重要變量之間存在良好的關(guān)系。如果F的值很大，而概率(p)的值很小，則對(duì)應(yīng)的系數(shù)項(xiàng)越可靠。圖2和圖3分別展示了用量、初始濃度、pH和溫度對(duì)活性炭和磁力活性炭吸附BPA的綜合影響。據(jù)觀察，在較高的BPA濃度、溫度和劑量值下，最大去除百分比得到優(yōu)化。然而，這與在酸性范圍(較低的pH值)具有最大去除百分比的pH影響的情況下觀察到的相反。這種在酸性pH值范圍內(nèi)較大的吸附百分比可能是由于帶正電的吸附劑表面與雙酚結(jié)構(gòu)的負(fù)電荷之間存在靜電相互作用的結(jié)果。還，BPA與吸附劑的吸附百分比增加是由于可用于吸附的表面積增加，從而增加了用于去除污染物的吸附受體。進(jìn)一步推斷核桃殼的磁化處理大大提高了吸附劑的去除能力，從而促進(jìn)了吸附過程。

　　圖2：活性炭上雙酚A去除效率的響應(yīng)面3-D圖顯示了(a)初始濃度和劑量以及(b)pH和溫度的影響。

　　圖3：雙酚A去除效率對(duì)磁力活性炭影響的響應(yīng)面3-D(a)pH和劑量以及(b)pH和溫度。

　　活性炭從水溶液中吸收雙酚A，我們?cè)u(píng)估了活性炭及其磁化對(duì)應(yīng)物作為吸附劑從水溶液中吸附BPA的用途。觀察到活性炭和磁力活性炭對(duì)BPA的吸收隨著pH值的增加而降低，而吸附容量隨著兩種吸附劑的吸附劑用量和BPA濃度的增加而增加。吸附過程遵循準(zhǔn)一級(jí)模型。Langmuir等溫線模型很好地解釋了平衡數(shù)據(jù)，這意味著單層形成。熱力學(xué)參數(shù)表明吸附過程本質(zhì)上是自發(fā)的和吸熱的。從FT-IR研究來看，羧酸鹽和酚類官能團(tuán)可能與吸附過程有關(guān)，這從IR波段的變化可以看出。

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