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　　活性炭改性后吸附銅離子，經(jīng)過實驗測試使用過氧化氫和硝酸氧化改性的活性炭吸附銅離子。制備出來的活性炭有較高的比表面積和含氧基團(tuán)。發(fā)現(xiàn)氧化的活性炭有效地從水溶液中吸附銅離子。對于最有效的活性炭-HNO 3-30吸附劑，從不同濃度的溶液中去除銅離子的百分比很高。在濃度范圍為1.5至6×10 -4 M 2的Cu 2+，達(dá)到> 55%。在低于1.5×10 -4  M 的濃度下，預(yù)期的去除率高于80%。

　　具有許多應(yīng)用的銅是支持植物和動物生長的必需微量元素。盡管如此，人體積聚過多的銅離子會造成嚴(yán)重的健康危害。但是可以通過活性炭吸附劑凈化重金屬污染的廢水。這種活性炭吸附修復(fù)滿足了對可持續(xù)性和環(huán)境友好性的各種要求。為了實現(xiàn)高效的離子吸收，它似乎是最合理的技術(shù)。

　　活性炭具有大的比表面積和可調(diào)的表面層性質(zhì)。這些碳材料在堿性和酸性介質(zhì)中顯示出高水解穩(wěn)定性。通常，不同類型的孔的存在提供有利的質(zhì)量傳遞。在此背景下，從水中去除重金屬離子的成功取決于活性炭表面的化學(xué)行為。據(jù)報道，表面化學(xué)對活性炭的吸附性能有顯著影響。顯然，表面的酸堿行為取決于含氧基團(tuán)。在大多數(shù)情況下，表面界面調(diào)節(jié)官能團(tuán)與重金屬離子的絡(luò)合。所得復(fù)合物的組成取決于表面基團(tuán)的類型和濃度3。此外，可以建議這些組(在高度表面覆蓋下)可以相互作用并對吸附行為具有集體效應(yīng)。因此吸附能力受許多因素的影響。

　　在大多數(shù)情況下，普通活性炭具有足夠的結(jié)構(gòu)參數(shù)以利用多孔結(jié)構(gòu)來凈化水。但表面官能團(tuán)濃度似乎不足以用于有效吸附重金屬離子。為了增加表面基團(tuán)濃度，氧化修飾是最有效和最簡單的方法。如果用諸如氧化氫和硝酸試劑處理活性炭，則可以獲得大濃度的含氧基團(tuán)。考慮到所有這些因素，我們在此報告所得活性炭吸附劑的氧化改性和物理化學(xué)性質(zhì)。制備的活性炭已通過許多方法表征，包括氮氣吸附、解吸和Boehm滴定。最后，我們進(jìn)行了批量吸附實驗，以檢查從水中去除Cu 2+離子的可行性。并且，估計初始金屬離子濃度對吸附容量的影響。

　　圖1.初始和氧化活性炭的典型ATR光譜。

　　活性炭吸附銅離子實驗

　　在整個實驗過程中，將50mg預(yù)干燥的活性炭樣品浸入20ml銅離子水溶液中。得到的懸浮液含有已知濃度的Cu 2+在25℃培養(yǎng)箱中以150轉(zhuǎn)/分鐘搖動一天。通常，對于這種類型的活性炭，吸附平衡在15-18小時內(nèi)相當(dāng)快速地建立。為了便于測量，選擇了24小時的時間。在固定的pH下進(jìn)行吸附，通過使用NaOH溶液作為pH控制試劑將其調(diào)節(jié)至恒定值5.5。吸附后，將貧銅溶液通過濾紙在干凈的燒瓶中過濾。對過濾的溶液進(jìn)行取樣以進(jìn)行分光光度分析。如下所述，對來自硝酸銅(II)的含銅離子的水溶液進(jìn)行分析。將取樣的5ml等分試樣移液到25ml錐形燒瓶中。向它們各自中加入2ml緩沖液(乙酸銨)溶液。所研究的溶液默認(rèn)含有不超過70mg的Cu。將3ml雙環(huán)己酮、氧代二腙加入到緩沖至pH為8-9的每種溶液中。在約600nm處測量高顯色復(fù)合物與銅離子的吸收，消光系數(shù)為16,000。所有測量均在10分鐘的最佳測量延遲時間內(nèi)進(jìn)行。

　　我們發(fā)現(xiàn)活性炭樣品中呈現(xiàn)兩種類型的孔。小微孔的寬度范圍為1.06-1.32nm。還可以看到寬度為約3.4nm的中孔。氧化后，微孔的寬度略微增加，從初始活性炭中的約1.1nm增加到氧化活性炭中的1.2-1.3nm。用硝酸氧化導(dǎo)致微孔數(shù)量減少。還形成寬度為3.4nm的大孔(中孔)。在強(qiáng)氧化的活性炭樣品的情況下，微孔的加寬可以將一些微孔轉(zhuǎn)變成中孔。對于活性炭-HNO 3-30樣品，記錄了新微孔(孔寬度~1.7nm)的形成。

　　圖2.活性炭吸附銅離子研究(a)實驗并擬合Langmuir(b)和Freundlich(c)模型和(d)KF對CA的擬合。

　　根據(jù)這些意見，我們將總結(jié)以下事實。實際上，大分子石墨烯片段經(jīng)歷氧解降解。毫無疑問，這導(dǎo)致了微孔壁的微裂縫。氧化破壞是快速過程，特別是在強(qiáng)氧化劑存在下，即使在室溫下也是如此。石墨烯類碳基質(zhì)很容易被水溶液中的氧化破壞。從結(jié)構(gòu)的觀點來看，氧解是微孔膨脹和新中孔出現(xiàn)的原因之一。在這種背景下，觀察Cu 2+的吸附等溫線， 這種等溫線顯著不同。

　　關(guān)于活性炭改性后吸附銅離子上的平衡研究的實驗數(shù)據(jù)繪制在圖2(a)中。該圖顯示最有效的吸附劑是活性炭-HNO 3-5和活性炭-HNO 3-30樣品，去除率R超過50%。在低濃度Cu 2+的范圍內(nèi)，低于1.5×10-4 M，R的值高于80%。我們認(rèn)為，這是由于含氧基團(tuán)的高濃度。

　　評估吸附模型用于預(yù)測氧化改性活性炭的性質(zhì)的適用性通常超出了以前研究的焦點。在所考慮的濃度范圍內(nèi)，實驗等溫線可以適用于許多數(shù)學(xué)模型。這項研究表明，發(fā)現(xiàn)一些方程式可以很好地模擬吸附等溫線。盡管如此，這個活性炭吸附銅離子的結(jié)果建模僅在DR方程中具有直接的物理意義。對于模型到數(shù)據(jù)擬合而得到的非常高的R因子值以及預(yù)測的視覺檢查暗示DR模型充分描述了表面異質(zhì)性并且暗示了氧化活性炭的微孔中的陽離子吸附。我們將顯著的吸附效率歸因于同時起作用的高含量吸附中心。在通過絡(luò)合吸附銅離子的機(jī)理的假設(shè)內(nèi)，這些中心被指定為存在于氧化改性活性炭表面上的Cb，A和L基團(tuán)。