生物質(zhì)活性炭的合成及其對(duì)染料吸附性能研究

邢霞 何詩(shī)茵 虞友謙

摘 要 用香蕉皮、榴蓮瓤、椰子殼為原料，經(jīng)過(guò)水熱、KOH活化、高溫焙燒后得到生物質(zhì)活性炭。將得到的香蕉皮基底的活性炭（XJC）、榴蓮瓤基底的活性炭（LLC）、椰子殼基底的活性炭（YZC）分別對(duì)不同濃度的品紅溶液進(jìn)行吸附測(cè)試。0.1gYZC能對(duì)20mg/L以下品紅溶液有顯著的吸附效果。實(shí)驗(yàn)表明，合成的生物質(zhì)碳材料具有較好的吸附性能，為農(nóng)林廢棄物木屑的高效利用提供了有效途徑。

關(guān)鍵詞 吸附 生物質(zhì) 活性炭 水污染

0前言

隨著工業(yè)的加速發(fā)展，越來(lái)越多的工業(yè)廢水被排放到水環(huán)境中，帶來(lái)了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。印染工業(yè)廢水有機(jī)物含量高、色度深、可生化性差、排放量大、水質(zhì)復(fù)雜，染料的降解產(chǎn)物多為聯(lián)苯胺類(lèi)等一些致癌芳香類(lèi)化合物，會(huì)嚴(yán)重影響人體健康，已成為難以治理的工業(yè)廢水之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年生產(chǎn)月70萬(wàn)噸不同種類(lèi)的染料，有相當(dāng)一部分的染料通過(guò)廢水排放到環(huán)境中。染料進(jìn)入水環(huán)境后會(huì)降低水體的透光性，從而抑制水生植物的光合作用和生長(zhǎng)，降低水中溶解氧，破壞生態(tài)系統(tǒng)。因此，對(duì)染料廢水的處理，具有重大的實(shí)際意義。

吸附法是傳統(tǒng)的印染水處理的一種高效實(shí)用的方法，活性炭是目前最有效的吸附劑之一但其在廢水處理中還存在一定的問(wèn)題，粉末狀和顆粒狀的活性炭在廢水中的穩(wěn)定性較差，易隨水的流動(dòng)而部分流失，且市面上活性炭制作成本高，多采用優(yōu)質(zhì)煤、木屑等為原料。因此，國(guó)內(nèi)外科研人員采用廉價(jià)原材料來(lái)制備活性炭，或者通過(guò)對(duì)活性炭表面改性、將活性炭與其他材料復(fù)合，來(lái)獲得孔結(jié)構(gòu)更為優(yōu)良、吸附性能更為優(yōu)越的材料。考慮到成本與易獲得性，本課題在人們經(jīng)常食用的水果中選擇材料，最終決定將香蕉皮、榴蓮瓤、椰子殼作為制備生物質(zhì)活性炭的原料。

1實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)步驟：首先將香蕉皮、榴蓮瓤、椰子殼剪成塊狀分別放入聚四氟乙烯水熱釜內(nèi)膽中，160℃下水熱16h。水熱后的黑色塊狀碳質(zhì)氣凝膠浸泡在蒸餾水中，除去可溶性雜質(zhì)，再將其放入烘箱中，低溫（40℃）烘干。之后將氣凝膠浸沒(méi)于2mol/L的KOH溶液中，隔夜后除去多余的KOH溶液，放入60℃烘箱中烘干。將上述固體進(jìn)行熱處理，放置于坩堝中加熱30min，得到的固體放入蒸餾水中，滴加1mol/L的HCl之至pH=7，再將其放入60℃烘箱中烘干得到生物質(zhì)活性炭。我們將得到的香蕉皮基底活性炭、榴蓮瓤基底活性炭、椰子殼基底活性炭分別命名為XJC、LLC、YZC。

性能測(cè)試：先配置1-5mg/L的品紅溶液各四組，其中一組為空白組，三組為樣品組，隨后分別向三組樣品組中加入0.1gXJC、LLC、YZC，放置24h達(dá)到吸附平衡。利用紫外分光光度計(jì)測(cè)出空白組5個(gè)樣品的吸光度，做出標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后對(duì)活性炭吸附后的殘余染液濃度進(jìn)行測(cè)量，得到各組吸附數(shù)據(jù)并分析。

2數(shù)據(jù)與分析

空白對(duì)照組品紅溶液，最大吸收峰為542nm，表1為對(duì)照溶液和0.1g三種活性炭吸附不同濃度品紅溶液后溶液在波長(zhǎng)542nm的吸光度，吸光度數(shù)據(jù)越小，則活性炭吸附性能越佳。其中，YZC活性炭具有并保持出色的吸附性能，對(duì)5mg/L的品紅吸附后吸光度值為0.06;而XJC活性炭的吸附效果較差，對(duì)5mg/L的品紅吸附后吸光度值為0.274;而LLC活性炭可能由于自身性質(zhì)或引入雜質(zhì)，吸光度反而大于空白品紅溶液，對(duì)5mg/L的品紅吸附后吸光度值為0.472。

圖1a為將空白品紅溶液吸光度關(guān)于濃度變化進(jìn)行線性擬合得到的函數(shù)，線性相關(guān)系數(shù)為0.92010。圖1b為各實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組吸附后剩余的品紅濃度，可以明顯看到Y(jié)ZC的吸附能力最好。圖1c為同濃度品紅溶液吸附后的溶液吸收光譜對(duì)比。通過(guò)這兩張圖像可以比較出相同質(zhì)量下的三種活性炭對(duì)相同濃度的品紅溶液吸附效果為YZC>XJC>LLC。圖1d是三者中吸附性能最好的椰子殼活性炭對(duì)更高濃度品紅溶液進(jìn)行吸附的結(jié)果。圖中當(dāng)品紅溶液濃度大于等于20mg/L時(shí)，0.1g椰子殼活性炭的吸附效果有明顯下降，而當(dāng)濃度低于20mg/L時(shí)，0.1g活性炭保持著良好的吸附效果。

3總結(jié)與展望

生物質(zhì)（香蕉皮、椰子殼、榴蓮纖維）制取的活性炭均有一定的吸附作用，其中YZC的吸附性能最佳，0.1gYZC能對(duì)20mg/L以下品紅溶液有顯著的吸附效果。生物質(zhì)活性炭除了在吸附有機(jī)溶劑方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能之外，還可以探索其在超級(jí)電容器、鋰離子電池、燃料電池等方面的應(yīng)用。

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