活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　磷酸鹽是地球自然生態系統中的重要營養素。但是，排放到環境中的廢水中大量的磷酸鹽是水生環境富營養化的主要原因，會導致嚴重的污染和經濟問題。磷酸鹽污染的來源通常來自人類的各種活動，例如農業徑流，生活廢水和工業廢水。由于人類活動(例如工業化)，近幾十年來磷酸鹽向水生態系統的排放有所增加。因此，至關重要的是在將廢水排放到水生生態系統之前，先去除廢水中的磷酸鹽。在地表水中，磷的主要溶解形式是正磷。取決于環境條件，微粒磷可以各種形式存在。本期我們測試使用一種新型的負載銀納米顆粒的活性炭材料從水溶液中去除磷酸鹽的的效果。

　　裝有納米銀顆粒的活性炭制備

　　活性炭原料首先用自來水洗滌3次，用蒸餾水洗滌3次，然后在100°C的烤箱中干燥24小時。然后將干燥的原料壓碎并過篩至1-2 cm的大小范圍。磨碎的材料渣在爐子中400°C的緩慢熱解條件下加熱2小時，然后研磨并再次過篩以獲得小于0.5 mm的粒徑。洗滌新的活性炭，在105°C下干燥2小時，并保存在密封袋中，然后再進行進一步研究。采用初期濕法浸漬技術將銀納米顆粒負載到活性炭上。通過在250 mL錐形瓶中以1.0–9.0%w/w的不同質量比混合銀納米顆粒和活性炭來制造。然后在黑暗環境中以120 rpm搖動燒瓶24小時。浸漬后，將濕顆粒過濾并在105°C下干燥2小時，以獲得改性的載納米銀活性炭。在分批模式吸附實驗中，使用平均粒徑小于0.5 mm的載納米銀活性炭從水溶液中去除磷酸鹽。

　　負載銀納米顆粒的活性炭表征

　　表面結構是影響活性炭和載銀活性炭吸附能力的重要物理因素。當裝載銀納米顆粒后，活性炭的表面積略微增加，平均孔體積也有增加。BET結果表明，添加納米銀顆粒會稍微增加表面積和孔體積。可以通過在活性炭上有擴散的納米銀顆粒以及在活性炭上涂覆納米銀顆粒后產生新的孔來解釋這種增加。納米銀是小的顆粒，其表面積比活性炭的表面積大。EDS分析結果(圖1a))還表明當在活性炭上裝載納米銀顆粒時活性炭內的鉀元素被釋放。當存在白色珠粒時，載銀活性炭的表面物理形態明顯改變(圖2c，d)。這些白色珠未出現在活性炭的SEM圖像中(圖2a，b)，這表明銀納米顆粒分布在活性炭的表面上。

　　圖1：活性炭(a)和載銀活性炭的EDS光譜在(b)之前和之后磷酸鹽吸附(c)。

　　圖2：(a，b)活性炭和(c，d)載銀活性炭的SEM圖像。

　　納米銀顆粒和活性炭的浸漬比對磷酸鹽吸附的影響

　　為了評估各種浸漬率對改性活性炭的磷酸鹽吸附能力的影響，在不同的納米銀顆粒/活性炭質量比(1%，3.0%，6.0%和9.0%)下，以原始活性炭和負載納米銀顆粒的活性炭進行了初步實驗。 。在這項研究中，實驗是在25±2°C的溫度下，初始磷酸鹽濃度為30 mg/L，吸附時間為60分鐘，吸附劑量為1.2 g / L進行的。

　　從圖3可以看出，負載了納米銀的活性炭對磷酸鹽的吸附能力比原始活性炭更好。當納米銀顆粒和活性炭的浸漬率從0%增加到3.0%時，磷酸鹽的吸附容量從7.38 mg / g增加到9.87 mg / g。載納米銀活性炭表面上銀納米顆粒的存在可以觸發更高的吸附能力。但是，當連續將納米銀顆粒中活性炭的浸漬率分別提高到6%和9%時，磷酸鹽的吸附容量略有下降，降至9.40 mg / g和9.38 mg / g。此外，當浸漬率增加時，磷酸鹽吸附能力沒有增加。這種結果趨勢與近期的研究相似，該研究使用負載有銀納米顆粒的椰殼活性炭活性炭去除亞甲藍。根據以上發現，納米銀對活性炭的浸漬率為3%，具有很高的磷酸鹽吸附能力。因此，選擇它進行材料表征和后續批量實驗。

　　圖3：納米銀顆粒和活性炭的浸漬比對磷酸鹽吸附的影響。

　　首次測試了載納米銀活性炭從水溶液中去除磷酸鹽的效果。在這項研究中發現，在pH3環境下活性炭對吸附磷酸鹽的吸附效果比較好，隨著載銀活性炭劑量和接觸時間增加時，對磷酸鹽的吸附能力增加。吸附容量也遠大于其他吸附劑，可以證明載銀活性炭是吸附磷酸鹽的優質材料。

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