菱角皮活性炭表面改性及其對水體中Cr(VI)和頭孢氨芐的吸附性能研究.pdf

1、水體中的重金屬Cr(Ⅵ)具有難降解性、高毒性和高致癌性，嚴(yán)重危害人類健康;頭孢氨芐在水體中長期大量存在，會對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成巨大的直接或潛在威脅?；钚蕴课椒ㄊ且环N簡單有效的水處理方法。然而目前用活性炭吸附頭孢氨芐的研究較少，其吸附機(jī)理尚不明確，活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)對于頭孢氨芐吸附的影響未見研究;Cr(Ⅵ)在活性炭上的吸附量較低，對活性炭進(jìn)行表面改性可以提高其吸附性能，但目前常用的強(qiáng)氧化劑改性的方法存在破壞孔結(jié)構(gòu)、降低表面積、產(chǎn)生

2、二次污染等問題，負(fù)載金屬離子改性可以避免這些缺點，但這方面的研究還未見報道。
　　 本研究以一種水生植物廢棄物——菱角皮為原料，采用H3PO4活化法制備價格低廉的活性炭(TAC)。采用負(fù)載鐵離子、硝酸氧化、過氧化氫氧化三種方法對菱角皮活性炭進(jìn)行改性，考查改性對于活性炭的物理化學(xué)性質(zhì)及其對Cr(Ⅵ)和頭孢氨芐吸附性能的影響。
　　 采用比表面積分析儀、XRD、FTIR、等電點滴定等方法對TAC和改性TAC的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行

3、表征。結(jié)果顯示菱角皮活性炭是一種無定形炭，比表面積高達(dá)1224m2/g，平均孔徑為3.4nm，微孔和中孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá);表面官能團(tuán)以羧基、醇羥基和內(nèi)酯基為主，等電點為6.20。采用三種方法進(jìn)行改性后，活性炭依然為無定形狀態(tài)。載鐵改性后，活性炭的比表面積和總孔容略微下降，下降量主要來自中（大）孔的減少;活性炭表面的酸性官能團(tuán)含量增多，等電點下降為3.77。采用HNO3和H2O2改性后，活性炭的總表面積和總孔容急劇下降，下降量主要來自中（大）孔的

4、減少;活性炭表面官能團(tuán)含量增多，表面酸性增強(qiáng)，等電點分別下降為2.55和3.61，HNO3改性還引進(jìn)了含氮官能團(tuán)。
　　 載鐵改性可以大幅提高活性炭對Cr(Ⅵ)的吸附性能。最佳改性條件為:鐵鹽FeSO4，負(fù)載濃度0.1molFe/L，干燥溫度100℃。改性后Cr(Ⅵ)的最大吸附容量由49.0mg/g提高到68.5mg/g。TAC和載鐵TAC對Cr(Ⅵ)的吸附等溫線符合Langmuir和Freundlich等溫模型，吸附動力學(xué)符合

5、偽二級動力學(xué)模型;TAC和載鐵TAC對Cr(Ⅵ)的吸附性能隨著溶液pH的增大而急劇下降。機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，Cr(Ⅵ)在載鐵TAC上的吸附可分為四步:活性炭表面快速的質(zhì)子化或去質(zhì)子化;Cr(Ⅵ)離子與表面官能團(tuán)接觸，部分Cr(Ⅵ)與鐵形成內(nèi)軌型配合物;Cr(Ⅵ)被一些官能團(tuán)還原成Cr(Ⅲ)，同時活性炭表面被氧化，形成新的含氧官能團(tuán);Cr(Ⅲ)通過離子交換的方式被活性炭吸附。載鐵改性后，活性炭對Cr(Ⅵ)的吸附性能提高的原因在于:負(fù)載的鐵可與C

6、r(Ⅵ)絡(luò)合，載鐵引入了更多的酸性官能團(tuán)和較多的吸附位點，并增加了活性炭表面的親水性。
　　 菱角皮活性炭對頭孢氨芐的吸附性能良好，吸附容量可達(dá)416.7μmol/g。硝酸改性能提高TAC對頭孢氨芐的吸附性能，過氧化氫改性卻降低了其吸附性能。TAC和硝酸改性TAC對頭孢氨芐的吸附等溫線符合Freundlich等溫模型，吸附動力學(xué)符合偽二級動力學(xué)模型;頭孢氨芐的吸附性能隨著溶液離子強(qiáng)度的增大而下降，隨著溶液pH的增大先緩慢下降，后