活性炭?jī)艋廴舅蟹蛹t染料的研究
苯酚紅是一種精加工的紡織染料，通過工業(yè)廢水進(jìn)入水體。由于其毒性在水中會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害，所以需要去除?；钚蕴靠梢酝ㄟ^物理方法和化學(xué)方法制備，一般高質(zhì)量椰殼活性炭的高成本限制了其作為吸附劑用于處理被有機(jī)染料污染的水的用途，一般用于高品質(zhì)的純水凈化。在本文中，使用低成本的廢棄植物生物質(zhì)來源的活性炭被用于從水溶液中除去酚紅染料。
活性炭材料的分析
低成本的廢棄植物生物質(zhì)有很多來源，比如使用稻殼，甘蔗渣，玉米芯，或者菠蘿葉等材料通過不同的工藝和活化方法制成活性炭。這些活性炭能從污染水中去除染料中起到重要作用。我們通過將原材料浸泡在2%NaHCO 3水溶液中24小時(shí)，然后過濾。將殘余物用蒸餾水反復(fù)洗滌直至達(dá)到中性pH，并在120℃的熱空氣烘箱中干燥10小時(shí)。將產(chǎn)物在500℃的爐中加熱獲得活性炭，接著把活性炭在研缽中粉碎并分級(jí)成不同的篩目尺寸。
SEM分析：圖1中所示的合成的活性炭粉末的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像清楚地顯示其高度多孔和不均勻的形態(tài)，平均顆粒尺寸為6.7μm。
能量色散X射線分析：合成的大麥殼衍生的活性炭的能量色散X射線(EDX)光譜如圖2所示。在吸附劑中檢測(cè)到的元素是：C，O，Si，S，Cl，Sn和Ca，活性炭中C是主要成分，然后是氧。
參數(shù)對(duì)活性炭吸附的影響
影響酚紅初始濃度的影響：q e(每克吸附劑吸附的酚紅量)(mg g-1)與接觸時(shí)間(min)的關(guān)系，使用不同的初始濃度(5-35mg)在給定的吸附劑量(5g L-1)和pH(2.0)下，L-1的酚紅顯示在圖3中。由于吸附-解吸平衡，每個(gè)圖表顯示吸附隨接觸時(shí)間的初始增加，然后在特征接觸時(shí)間達(dá)到飽和，表明在研究活性炭上酚紅的單層覆蓋。吸附的染料量和達(dá)到吸附平衡所需的時(shí)間隨著底物(染料)初始濃度的增加而增加。很明顯，因?yàn)樵谳^高的染料初始濃度下，活性炭表面上相互作用的吸附分子的數(shù)量變得更高。
pH對(duì)吸附的影響：由于氫和氫氧根離子通常在活性炭表面上非常強(qiáng)烈地吸附，因此其他離子的吸附也受到溶液pH的影響。pH也影響染料的離子化程度以及吸附劑的表面性質(zhì)。作為pH的函數(shù)的活性炭中酚紅染料的百分比吸附的圖示于圖4中。觀察到(a)染料的吸附在2至4的范圍內(nèi)迅速降低。(b)在4-8的pH范圍內(nèi)吸附的減少變慢，和(c)在pH8-10的吸附下急劇下降。在研究的活性炭上染料吸附的這種獨(dú)特的pH依賴性變化可能是由于吸附物的復(fù)雜性質(zhì)以及吸附劑在不同介質(zhì)pH下的凈電荷變化。
吸附劑劑量的影響：使用給定的前者初始濃度和pH，作為活性炭負(fù)載的函數(shù)吸附的酚紅染料的百分比(w/w)的圖示于圖5中。在其研究范圍內(nèi)，隨著活性炭負(fù)荷的增加，染料的吸附增加。這可能是因?yàn)樵谠黾踊钚蕴控?fù)載，它的表面面積，因而活性位點(diǎn)/吸附物(染料)分子的可用性增加。
研究結(jié)論
苯酚紅染料在活性炭上的吸附遵循偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，雖然吸熱，吸附過程主要受熵增益的支持。然而，活性炭的染料去除效率隨著前者的初始濃度的增加而降低，所以使用活性炭的量與水溶液中酚紅的濃度有很大關(guān)系，當(dāng)用量合適能達(dá)到很好的效果。結(jié)果表明，活性炭可用作處理受酚紅污染水的效果不錯(cuò)卻又低成本的吸附劑。
本文作者：董帝豪
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