核桃果皮基活性炭的制備及吸附性能初探

楊斌 周雙

摘 要：現階段活性炭被廣泛應用在污水處理中，發揮著積極的作用，對于我國環境治理有著重要意義。基于此，本文先是研究了核桃果皮基活性炭的制備，分析了核桃果皮基活性炭的制備工藝及優化，然后研究了核桃果皮基活性炭的吸附性能，分析了核桃果皮基活性炭對于酸性染料、堿性染料以及Cu2+的吸附，以期能夠提高核桃果皮基活性炭的應用，促進我國的環境治理。

關鍵詞：核桃果皮基活性炭；制備工藝；吸附性能；污水治理

引言

我國目前水資源嚴重不足，水污染問題成為了困擾著我國的重要問題。隨著工業化社會的不斷發展，我國水污染問題日益嚴重，國家對于水污染的治理也十分重視。活性炭是一種以碳為主要元素的物質材料，具有強大的吸附功能，如今在污水治理中已經非常常見。使用廢棄材料制備活性炭已經成為了當下重要的研究課題，因此，研究核桃果皮基活性炭的制備及吸附性能具有十分重要的現實意義。

一、核桃果皮基活性炭的制備

（1）核桃果皮基活性炭的制備工藝

在核桃果皮基活性炭的制備制備過程中，需要使用的原料是核桃外果皮，還需要準備孔雀石綠、棗紅、亞甲基藍、鹽酸、硝酸銅、磷酸等等。還需要準備分光光度計、孔徑分析儀、干燥箱以及振蕩器。首先需要量取10克的干燥核桃外果皮，使用蒸餾水清洗干凈之后，經過研磨之后進行篩取，置于燒杯中備用，使用移液管準備試劑，將其混合攪拌，經過密封處理之后需要放置在恒溫水浴箱之中，在烘干之后放置在馬弗爐之中，將溫度升高之后，進行活化處理，等到冷卻之后取出來。經過熱鹽酸浸泡二十分鐘，使用熱蒸餾水清洗至中性，需要保障沒有氯元素被檢測處理，抽濾烘干即可。

（2）核桃果皮基活性炭的制備優化

其中在核桃外果皮粉末和磷酸溶液的比例為1：3的時候，在160℃的條件下，浸漬處理一個小時左右，然后以每分鐘升高5℃的速度升高至450℃，保持一個小時左右。后使用稀鹽酸對核桃果皮基活性炭進行清洗，使用蒸餾水進行洗滌，在100℃環境中進行烘干處理。使用傅里葉紅外光譜儀進行分析，核桃外果皮上具備纖維素的官能團，在經過活化處理之后，部分官能團發生氧化。使用X射線衍射儀進行分析，發現核桃外果皮的纖維素結晶區域經過活化處理之后，逐漸消失，然后形成了無定型的炭結晶區。使用掃描電鏡進行觀察發現，核桃果皮活化之后，表面原本平滑的部分變得粗糙，出現大量的孔隙結構，使得層狀結構大量增多，這對于吸附過程的進行極為有利[1]。

二、核桃果皮基活性炭的吸附性能探究

（1）對于酸性染料的吸附性能

事實上，核桃果皮基活性炭的吸附時間、用量、濃度以及pH值對于吸附性能都有一定程度的影響。核桃果皮基活性炭經常被作為價格低廉的吸附劑投入使用，核桃果皮基活性炭作為吸附劑的最佳投加量為每升2克，在核桃果皮基活性炭pH值處于0.9～10.7之內，吸附量受到的影響較小，去除率能夠達到88%以上。在溫度升高時，吸附量也會增大。通過進行動力學吸附實驗，可以發現核桃果皮基活性炭的吸附速率呈現出先快后慢，在吸附過程的前十五分鐘，吸附速率是最快的，甚至能達到80%附近，在此之后吸附速率慢慢變小，最后趨于平衡狀態。在保持溫度不變的情況下，核桃果皮基活性炭是進行單分子層吸附，在逐漸升高溫度的時候，初始濃度是每升350毫克，吸附量達到每克93.11毫克。經過吸附熱力學實驗，核桃果皮基活性炭在吸附過程中，熱量是為負的，也就是說是自發進行的，如果熱量變化為正數，那么就是自發的吸熱。

（2）對于堿性染料的吸附性能

以堿性染料中典型的孔雀石綠和亞甲基藍為例，核桃果皮基活性炭對孔雀石綠的最佳吸附狀態下，投入量為每升1g，pH值范圍處于 5～9時達到最佳效果。如果提高溫度，核桃果皮基活性炭的吸附能力也會隨之提高，核桃果皮基活性炭可作為孔雀石綠吸附劑，最佳投加量為每升1g，pH值控制在 6～9范圍內。相反的，如果溫度降低，核桃果皮基活性炭吸附亞甲基藍的吸附量就會增加，核桃果皮基活性炭對亞甲基藍的吸附速率呈現出先快后慢，一個小時左右達到飽和吸附量80%左右[2]。

在溫度控制不變的情況下，核桃果皮基活性炭對孔雀石綠和亞甲基藍的吸附都屬于單分子層吸附，升高溫度，對于孔雀石綠的吸附量也有所增加。通過吸附熱力學實驗，可以發現，核桃果皮基活性炭對孔雀石綠和亞甲基藍進行的是自發過程，其中孔雀石綠是自發吸熱過程，孔雀石綠是自發放熱過程。因此，核桃果皮基活性炭能夠作為廉價的吸附劑處理堿性染料污水。

（3）對于Cu2+的吸附性能

核桃果皮基活性炭經常被用作Cu2+的吸附劑，當投入量達到1g·L，pH值在5左右，能夠實現最佳吸附效果，如果溫度升高，核桃果皮基活性炭的吸附量就會越大。核桃果皮基活性炭對于Cu2+的吸附速率呈現出先快后慢的變化，在一個小時左右，能夠達到平衡狀態，吸附量在70%左右。核桃果皮基活性炭對于Cu2+的吸附同樣是單分子層的吸附，隨著溫度升高，吸附量將會增大，核桃果皮基活性炭對于Cu2+的吸附同樣是自發進行的，其自發過程是吸熱過程。

結論

綜上所述，本文首先研究了核桃果皮基活性炭的制備，然后研究了核桃果皮基活性炭的吸附性能，分析了核桃果皮基活性炭對于酸性染料、堿性染料以及Cu2+的吸附，對于酸性染料、堿性染料以及Cu2+的吸附都是自發過程，至少能夠吸附70%以上的污染元素。

參考文獻

[1]劉曉紅，李甜甜，鄧倩倩.改性核桃果皮基活性炭對Cu～（2+）的吸附[J].環境工程學報，2017，11（12）：6295-6300.

[2]黨志強，劉曉紅，李通，李洋洋，李希，王蒙蒙，權雷雷.核桃果皮基活性炭對2種染料吸附的動力學研究[J].楊凌職業技術學院學報，2017，16（03）：33-35.