改性煤基活性炭的吸附性能試驗研究

宋云飛，張立華，趙春雷

（遼寧科技大學 化學工程學院，遼寧 鞍山 114051）

煤基活性炭具有獨特的孔隙結構和優良的吸附性能，是重要的吸附材料。活性炭的孔隙結構及其表面化學性質對其吸附性能有重要影響［1-4］。目前，活性炭廣泛用于廢水處理，根據廢水處理要求，針對活性炭表面改性的研究也逐漸增多［5-6］。

對活性炭表面化學改性有多種方法，其中酸、堿改性法簡單方便。用酸、堿可以溶解活性炭中的酸、堿可溶物質，但骨架結構不被破壞，改性后的活性炭比表面積增大，對有機物的吸附量增大［7］。試驗研究了淮北大華公司生產的煤基活性炭的酸、堿改性處理，并比較了改性前后活性炭對四氯化碳、苯的吸附能力，考察了用改性活性炭處理含Pb2＋廢水的效果。

1 試驗部分

1．1 試驗原料及設備

活性炭，淮北大華公司生產；苯，四氯化碳，硝酸，氫氧化鈉，均為分析純，天津市富宇精細化工有限公司產品。

電子天平，FA2004N，上海精密科學儀器有限公司；循環水式真空泵，SHZ-C，河南鞏義；孔徑測定儀，美國 ASAP 2020；磁力加熱攪拌器，79-1，江蘇大地自動化儀器廠；氣體流量計，SQL-2型，長春市儀表廠。

1．2 活性炭酸、堿改性

1．2．1 活性炭預處理

稱取一定量活性炭，加適量去離子水，室溫下攪拌1h后過濾；再加去離子水，攪拌1h后過濾；同樣方法洗滌2次。110℃下恒溫干燥4h后置于干燥器中備用。

1．2．2 活性炭酸改性

取預處理活性炭4份，分別加入濃度為0．676 2、1．127 0、1．577 8、2．254 0mol／L 的HNO3溶液，100℃下攪拌2h，過濾后用水洗滌至中性。110℃下恒溫干燥4h后置于干燥器中備用。

1．2．3 活性炭堿改性

取預處理活性炭4份，分別按堿炭質量比2∶1、3∶1、4∶1、5∶1充分混勻，100℃下混合攪拌2h，過濾后用水洗滌至中性。110℃下恒溫干燥4h后置于干燥器中備用。

1．3 活性炭吸附能力測定

按 GB／T 7702．6—1997、GB／T 7702．13—1997—T，測定活性炭對四氯化碳的吸附量；

活性炭在150℃下烘干4h，冷卻后用自制裝置測定活性炭對苯的吸附量。

1．4 活性炭的物性測試

用ASAP2020孔徑測定儀測定改性前后活性炭的吸附規律并確定等溫吸附曲線，借助吸附等溫線計算活性炭比表面積、微孔孔容等參數。

1．5 活性炭吸附含Pb2＋廢水性能測定

取原活性炭、酸改性活性炭、堿改性活性炭各2g，在室溫下處理25mL Pb2＋質量濃度為100 mg／L的廢水，以分光光度法測定吸附前后溶液中Pb2＋質量濃度。

2 試驗結果與討論

2．1 改性前后活性炭的吸附性能

2．1．1 酸改性活性炭的吸附性能

按試驗方法用硝酸對活性炭進行改性，然后用酸改性活性炭吸附四氯化碳和苯。試驗結果如圖1所示。

圖1 硝酸濃度對改性活性炭吸附性能的影響

由圖1看出：酸改性活性炭對四氯化碳的吸附能力明顯增強；硝酸濃度為0．676 2mol／L時，酸改性活性炭的吸附量達最大，為63．18mg／g；但隨HNO3濃度增大，酸改性活性炭對四氯化碳的吸附量降低；酸改性活性炭對苯的吸附能力變化不大。

2．1．2 堿改性活性炭的吸附性能

用不同濃度的NaOH溶液改性活性炭，然后用于吸附四氯化碳和苯。試驗結果如圖2所示。

圖2 NaOH用量對改性活性炭吸附性能的影響

由圖2看出，經NaOH改性的活性炭對四氯化碳的吸附量改變明顯：堿炭質量比為3∶1時，改性活性炭對四氯化碳吸附量最大，為49．3mg／g；而堿炭質量比大于5∶1以后，吸附量明顯降低。

堿改性活性炭對苯的吸附量比未改性活性炭對苯的吸附量要小，且隨堿炭質量增大，對苯的吸附量減小。因此，采用活性炭吸附苯時，可不必對其用堿處理。

2．2 活性炭物理結構表征及分析

改性前后的活性炭比表面積和孔結構參數見表1。可以看出，活性炭經酸改性后比表面積有所增大，而經堿改性后比表面積變化不大。

表1 改性前后活性炭比表面積和孔結構參數

2．3 活性炭的孔徑分析

利用孔徑測定儀測定活性炭改性前后的孔徑分布，結果如圖3所示。

圖3 改性前后活性炭的孔徑分布

由圖3看出：活性炭經硝酸、氫氧化鈉改性后，孔徑分布曲線基本沒有變化，即酸堿改性沒有改變活性炭孔的大小；但改性后比表面積有所增大，說明活性炭孔數量有所增加。

2．4 活性炭處理含鉛廢水

用3種活性炭吸附處理含Pb2＋溶液（ρ（Pb2＋）＝100mg／L）。經分光光度法檢測，相同條件下，原活性炭、酸改性活性炭、堿改性活性炭對 Pb2＋的吸附脫除率分別為99．14%、99．69%、99．14%，處理后溶液中 Pb2＋質量濃度分別為0．862 3、0．306 2、0．856 9mg／L，表明酸改性活性炭處理含Pb2＋廢水的效果更好。

3 結論

用硝酸和氫氧化鈉對活性炭進行改性，改性后的活性炭比表面積增大，孔數量增加，對四氯化碳的吸附量增大，對苯的吸附量影響不大。用濃度為0．676 2mol／L的硝酸改性后的活性炭對四氯化碳的吸附量最大，為63．18mg／g；堿炭質量比為3∶1時，堿改性后的活性炭對四氯化碳的吸附量最大，為49．3mg／g。酸改性活性炭可用于處理含Pb2＋廢水。

［1］王秀芳，張會平，肖新顏，等．高比表面積活性炭研制進展［J］．功能材料，2005，36（7）：975-977．

［2］彭怡，古昌紅，傅敏．活性炭改性的研究進展［J］．重慶工商大學學報（自然科學版），2007，24（6）：577-580．

［3］張健，王奇，景建軍，等．煤氣脫萘用活性炭的選擇［J］．濕法冶金，2014，33（1）：67-70．

［4］肖瑞華，白金鋒．煤化學產品工藝學［M］．北京：冶金工業出版社2010：36-41．

［5］黃偉，孫盛凱，李玉杰，等．硝酸改性處理對活性炭性能的影響［J］．生物質化學工程，2006，40（6）：17-21．

［6］陳孝云，林秀蘭，魏起華，等．活性炭表面化學改性及應用研究進展［J］．科學技術與工程，2008，8（19）：5463-5467．

［7］李立清，石瑞，顧慶偉，等．酸改性活性炭吸附甲苯性能的研究［J］．湖南大學學報（自然科學版），2013，40（5）：92-98．