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第28卷 第2期2006年4月 湖州师范学院学报Journal of Huzhou Teachers CollegeVol.28 No.2Apr.,2006化学改性活性炭对Cu(Ⅱ)离子吸附性能的研究3余梅芳,胡晓斌,倪生良(湖州师范学院生命科学学院,浙江湖州313000)摘要:将市售粉状活性炭用16%硝酸进行氧化,再用0.1mol・L-1的氢氧化钠进行处理,制得化学改性活性炭,并对其吸附性能进行了研究.实验结果表明,改性后的活性炭较改性前对Cu2+离子的吸附能力提高60%以上.关键词:活性炭;化学改性;铜离子吸附中图分类号:O621.3文献标识码:A文章编号:10091734(2006)02004303活性炭是一种具有三维空隙结构和大比表面积的人工炭材料制品,它主要由炭元素(质量分数为87%～97%)组成,[1]具有很强的吸附能力,广泛应用于化学、轻工、食品和石油等工业中的脱色、去臭、净化和三废处理等,其应用领域广泛,市场前景广阔.随着活性炭应用领域的扩大,人们对活性炭吸附性能提出了新的、更高的要求.目前,对现有技术生产的活性炭进行化学改性,增大其吸附性能是活性炭领域的研究热点.活性炭化学改性就是指用一定的化学方法处理现有活性炭使其孔隙密度、孔径分布以及孔隙表面活性点上官能团性质及数量发生变化,从而达到增大比表面积,提高吸附性能的目的.本文用强氧化剂硝酸对市售粉状活性炭表面进行氧化改性,然后用氢氧化钠溶液处理,得到化学改性活性炭,处理方法简单.测试结果表明,改性后活性炭对重金属铜离子的吸附性能明显提高.1实验部分1.1仪器与试剂p HS3TC型精密酸度计(上海天达仪器有限公司);循环水式真空泵(巩义市英峪予华仪器厂);TC 15套式恒温器(新华医疗器械厂);BS110S型电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司);1011SA电热恒温干燥箱(上海阳光实验仪器有限公司);756CR T型紫外可见分光光度计(上海精密仪器厂);PE 300原子吸收分光光度计(美国PE公司);酸碱滴定管及其它玻璃器皿.HNO3(A.R)、NaO H(A.R)、HCl(A.R)、硫酸铜(A.R)、市售粉状活性炭.1.2活性炭的化学改性[2]在三只500mL的广口瓶中各加入市售粉状活性炭50g,再分别加入8%HNO3、12%HNO3和16% HNO3,在摇床中25℃下振荡反应8h,然后用砂滤漏斗抽洗,去除大部分硝酸,再用0.1mol・L-1NaO H 浸泡24h,用砂滤漏斗抽滤,用热的去离子水洗至中性,然后放置在烘箱中105℃下烘干,得到氧化负离子化活性炭,放入干燥器中待用.1.3表面酸度的测定取样0.25g活性炭+25mL0.2mol/L NaO H于100mL烧瓶中,在70℃下加热回流8h,未用完的3收稿日期:20060215基金项目:湖州市科技计划项目(KY23030).作者简介:余梅芳(1958-),女,浙江湖州人,湖州师范学院生命科学学院实验师,研究方向:有机合成.NaO H用盐酸(0.1mol/L)进行酸碱滴定,计算其表面酸度.1.4活性炭对Cu2+吸附能力的测定[3]量取25mL含重金属Cu2+离子一定p H值的溶液,置于150mL锥形瓶中,再称取一定量的改性活性炭加入其中,静态吸附一定时间(大约每半小时搅拌一次)过滤,用原子吸收法测定Cu2+浓度,然后计算出活性炭的单位吸附量.2结果与讨论2.1硝酸浓度对改性活性炭吸附Cu2+性能的影响实验采用的投料比(活性炭用量/溶液起始浓度)为0.1g/5mg/L,p H值为5.0,水浴恒温25℃,吸附3h.活性炭的吸附量与表面酸度的关系如表1所示.表1活性炭的吸附量与表面酸度的关系活性炭表面酸度A(mmol NaO H/100g Carbon)吸附量q(mg/g)q/A未处理炭111.68 4.350.03898%HNO3153.27 5.790.037812%HNO3170.54 6.450.037816%HNO3187.847.090.0378注:A表示活性炭的表面酸度,q表示活性炭吸附铜离子的吸附量.表1的实验结果说明,在酸性条件下进行表面氧化处理,使活性炭表面产生各种含氧基团,且以-COO H、-C HO、-O H、-C=O等形式存在,从而使炭表面酸度增强,故可用表面酸度衡量活性炭表面含氧基团的量.[4]由表1还可以看出,活性炭的吸附量有明显的提高,也说明了通过化学改性后的活性炭表面产生了大量的含氧基团,当氧化后的活性炭再用NaO H处理后,表面的正电荷就会转化为负电荷,以-COO-的形式存在,氧化负离子化活性炭将更容易吸附阳离子Cu2+,所以吸附量会有较大幅度的增大.[5]表面含氧基团的多少与所用氧化剂的浓度有关,浓度越高,氧化的效果越好.但考虑到成本问题,要选择合适浓度的氧化剂.本实验用16%硝酸进行氧化,再用0.1mol/L的氢氧化钠进行处理后的改性活性炭对Cu2+离子的吸附能力较改性前提高了60%以上.2.2吸附时间对吸附的影响吸附时间对Cu2+离子吸附量有明显影响.实验结果见表2.表2吸附时间对吸附的影响m/g Time/min R/%A/mmol・g-10.806044.250.01150.789048.840.01870.7915063.830.02420.7918091.910.03490.8021091.930.0343注:R为吸附率,A为吸附容量.R=(C1-C2)×100/C1,式中C1和C2分别为吸附前后溶液中铜离子浓度.吸附容量为单位质量的改性活性炭所吸附铜离子的物质的量(mmol).从表2可以看出,随着时间的延长,改性活性炭对铜的吸附率逐渐增大,吸附容量的变化趋势也一致,在3h时,吸附率达到91.91%,再延长吸附时间,变化不大.2.3溶液p H值对吸附的影响溶液p H值对改性活性炭吸附铜离子能力也具有一定的影响.在吸附时间为3h、温度为25℃时,实验结果见表3.44湖州师范学院学报 第28卷表3溶液p H 值对吸附的影响m/g p H R /%A /m mol.g -10.36389.520.01980.36490.160.02010.36592.100.02060.36686.940.01900.36773.060.0165从表3可以看出,在p H 值小于5时,改性活性炭随着溶液p H 值的不断增大其吸附率和吸附容量随之增加;在p H 值大于5时,改性活性炭随着溶液p H 值的不断增大其吸附率和吸附容量却有所减少.所以,改性活性炭吸附铜离子的最佳p H 值为5.3结论(1)氧化处理后的活性炭吸附性能与所用氧化剂的浓度有关,浓度越高,氧化的效果越好.(2)经氧化处理后的活性炭的表面酸度比未处理前要高,这说明在酸性条件下进行氧化处理可使活性炭表面产生以含氧酸形式存在的基团,从而使炭表面酸度增强,活性炭对金属离子的吸附量随改性后活性炭表面酸度的增强而增大.(3)用16%硝酸进行氧化,再用0.1mol ・L -1的氢氧化钠进行处理后的改性活性炭,在p H 值为5、吸附时间为3h 的条件下,对Cu 2+离子的吸附能力提高60%以上.参考文献:[1]刘成,高乃云,黄廷林.活性炭的表面化学改性研究进展[J ].净水技术,2005,24(4):50～52.[2]白树林,赵桂英,付希贤.改性活性炭对水溶液中Cr 3+吸附的研究[J ].化学研究与应用,2001,13(6):670～672.[3]范延臻,王宝贞,王琳,等.改性活性炭对有机物有吸附性能[J ].环境化学,2001,20(5):437～443.[4]Hajime T ,Morio O.Influence of Acidic Surface Oxides of Activated Carbon on Gas Adsorption Characteristics [J ].Car 2bon ,1996,34(6):741～746.[5]Shayda R ,Ferro G M A ,Rivera U J ,et al.Adsorption of pnitrophenol on An Cativated Carbon with Different Oxida 2tions[J ].Carbon ,2003,41(3):387～395.Adsorption of Copper (II)from Aqueous SolutionsUsing Chemical Modif ied Activated C arbonYU Mei fang ,HU Xiaobin ,N I Shengliang(Faculty of Life Science ,Huzhou Teachers College ,Huzhou 313000,China )Abstract :The chemical modified activated carbon is obtained by oxidizing raw activated carbon wit h 16%nit rate acid and being t reated wit h 0.1mol/L sodium hydro xide.This paper st udies t he adsorption of copper (II )f rom aqueous solutions using t his chemical modified activated carbon and t he result shows t hat t he adsorption amount of copper (II )by chemical modified activated carbons 60%higher t han t hat by raw activated carbo n.K ey w ords :activated carbon ;chemical modification ;copper (II )adsorption54第2期 余梅芳,等:化学改性活性炭对Cu (Ⅱ)离子吸附性能的研究。
面活性剂改性活性炭吸附水中砷亚砷酸盐的研究砷是一种广泛存在于自然界中的有毒元素，其在水中主要以砷酸盐和亚砷酸盐的形式存在。
砷的摄入会对人体健康造成严重危害，如导致皮肤病变、心血管疾病、癌症等。
因此，有效去除水中的砷对于保障饮用水安全至关重要。
活性炭作为一种常见的吸附剂，具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，在水处理中得到了广泛应用。
然而，未经改性的活性炭对砷亚砷酸盐的吸附能力有限。
为了提高活性炭对砷亚砷酸盐的吸附性能，研究人员采用表面活性剂对其进行改性。
一、砷亚砷酸盐在水中的存在形式及危害砷在水中的存在形式主要有砷酸盐（As(V)）和亚砷酸盐（As(III)）。
砷酸盐在中性和碱性条件下较为稳定，而亚砷酸盐在酸性条件下更稳定。
砷的毒性与其存在形式有关。
一般来说，亚砷酸盐的毒性比砷酸盐更强。
长期摄入含砷的水会对人体造成多种损害。
首先，它可能导致皮肤色素沉着、角化过度等皮肤问题。
其次，会影响心血管系统的正常功能，增加心脏病的发病风险。
更严重的是，砷具有致癌性，可能诱发肺癌、膀胱癌、皮肤癌等多种癌症。
二、活性炭的特性及吸附原理活性炭是一种具有高度发达孔隙结构的碳质材料。
其比表面积大，孔隙丰富，包括微孔、介孔和大孔。
这些孔隙结构为吸附物质提供了大量的吸附位点。
活性炭的吸附原理主要包括物理吸附和化学吸附。
物理吸附是通过范德华力将物质吸附在活性炭表面，这种吸附通常是可逆的。
化学吸附则是通过化学键的作用将物质固定在活性炭表面，相对来说更稳定且不可逆。
然而，未经改性的活性炭对砷亚砷酸盐的吸附效果并不理想。
这是因为砷亚砷酸盐在水中的离子化程度较高，与活性炭表面的相互作用较弱。
三、表面活性剂改性活性炭的方法及作用机制为了提高活性炭对砷亚砷酸盐的吸附性能，研究人员采用表面活性剂对活性炭进行改性。
常见的表面活性剂有阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），可以通过静电作用与带负电荷的砷亚砷酸盐离子结合，从而增强活性炭的吸附能力。
表面酸碱两步改性对活性炭吸附Cr(VI)的影响刘守新 陈孝云 陈曦（东北林业大学教育部生物质材料重点实验室 哈尔滨 150040）摘要：研究了酸碱两步改性对活性炭吸附水相中Cr(VI)的影响。
将活性炭（AC0）在HNO3溶液中氧化（AC1），然后在NaOH和NaCl的混合液中处理（AC2）。
分别采用平衡和连续吸附试验，测试Cr(VI)的吸附特征。
以Boemh滴定法定量检测活性炭表面酸性官能团数量，结合元素分析结果定量表征活性炭的表面含氧官能团变化；以低温液氮吸附法分析活性炭的比表面积和孔径结构。
结果表明：活性炭经两步改性后，其Cr(VI)的吸附容量和吸附速度均显著改变。
吸附容量和吸附速度大小依次为AC2＞AC1＞AC0。
改性活性炭表面积下降，表面含氧酸性官能团数量增加。
HNO3液相氧化处理可使活性炭表面生成带正电含氧酸性官能团，第二步改性后活性炭表面酸性官能团H+部分被Na+取代，使活性炭表面酸性降低。
表面较多的含氧酸性官能团（与AC0相比）、适宜的表面pH（与AC1相比）是AC2所表现出较高Cr(VI)吸附容量的主要原因。
关键词：活性炭；改性；酸，碱；吸附；六价铬中图分类号：文献标识码：A 文章编号：0250-3301（2005）含Cr (VI)废水由于其本身的难降解性、高毒性和高致癌性，其有效治理引起人们广泛关注[1~3]。
活性炭吸附法是治理含Cr (VI)废水的有效途径，但普通活性炭对Cr (VI)的吸附容量较低。
最近，人们开展了大量实验以揭示氧化处理活性炭的表面化学结构与Cr (VI)去除效率的变化关系[3~6]。
金属离子的吸附主要取决于活性炭的孔结构和表面化学结构，活性炭表面的含氧官能团为金属离子的活性吸附点[5，7，8]。
活性炭的表面化学结构主要由活性炭表面含氧官能团的数量和性质决定，取决于炭本身的性质和其氧化历程，可以通过化学氧化性气氛中的热处理或酸性条件下处理而改变。
氧化处理可以增加活性炭表面酸性官能团数量，从而提高其Cr (VI)吸附容量[3~7]。
生物质炭中SO42-的释放及生物质炭对黄土吸附SO42-的影响研究生物质炭是一种具有多孔性和高表面积的材料，具有广泛的应用前景，包括土壤改良、废水处理和能源开发等领域。
其中，生物质炭在土壤中对硫酸根离子（SO42-）的吸附特性引起了研究人员的广泛关注。
SO42-是一种重要的土壤中的硫源，其含量和分布对土壤肥力和生物地球化学循环过程具有重要影响。
因此，研究SO42-在生物质炭中的释放以及生物质炭对黄土吸附SO42-的影响具有重要的理论和应用价值。
首先，我们需要了解生物质炭中SO42-的释放机制。
生物质炭的特殊孔隙结构和高表面积使其具有较强的吸附能力，可以吸附大量的离子。
SO42-在生物质炭中的释放过程中，主要受到以下几个因素的影响：pH值、离子浓度、孔径结构和表面电荷等。
研究发现，pH值是影响生物质炭吸附SO42-释放的重要因素之一。
当土壤酸性较高时，生物质炭中的SO42-会释放出来，而土壤碱性较高时，生物质炭中的SO42-则不易释放。
此外，当离子浓度较高时，生物质炭的吸附量也会增加，导致SO42-的释放减少。
在了解了SO42-在生物质炭中的释放机制后，我们进一步研究了生物质炭对黄土吸附SO42-的影响。
为此，我们选择了不同孔径结构和表面电荷的生物质炭和黄土进行实验。
实验结果表明，生物质炭对黄土吸附SO42-的影响受到孔径结构和表面电荷的共同作用。
具有较大孔径结构和较高表面电荷的生物质炭对黄土的SO42-吸附能力更强。
此外，生物质炭和黄土的共同作用也会影响SO42-的吸附。
研究结果表明，在生物质炭和黄土复合体系中，生物质炭可以增加黄土对SO42-的吸附量，提高土壤中SO42-的含量，进而对土壤肥力的改善具有积极的作用。
综上所述，生物质炭中SO42-的释放及生物质炭对黄土吸附SO42-的影响是一个复杂而重要的研究课题。
研究结果表明，生物质炭具有一定的吸附能力，可以吸附土壤中的SO42-，并能够改善土壤肥力。
改性活性炭吸附水中六价铬离子的研究改性活性炭吸附水中六价铬离子的研究一、引言六价铬（Cr(Ⅵ)）是一种常见的重金属离子，在工业废水和自然水环境中广泛存在。
它具有高毒性和持久性，对人体和环境造成严重危害。
因此，寻找高效、低成本的方法去除水中的六价铬离子具有重要的意义。
改性活性炭作为一种广泛应用于废水处理中的吸附剂，被广泛研究和应用于六价铬离子的去除。
二、改性活性炭的特性活性炭具有较大的比表面积和丰富的孔结构，能够通过物理或化学吸附的方式去除水中的污染物。
而改性活性炭在一般活性炭的基础上，通过改变表面性质和孔结构，提高吸附能力和选择性，进而提高去除效率和降低成本。
三、改性活性炭对六价铬离子的吸附机制改性活性炭对六价铬离子的吸附机制主要包括化学吸附和物理吸附两种方式。
1. 化学吸附改性活性炭表面携带相应的官能团，如羟基（-OH）、氨基（-NH2）和酸基（-COOH）等，可以与六价铬离子进行化学键形成络合物。
这种化学吸附能力提高了改性活性炭对六价铬离子的选择性吸附能力。
2. 物理吸附改性活性炭孔隙结构提供了大量的吸附位点，可以直接吸附并固定六价铬离子。
活性炭的微孔和介孔能够增加接触面积和扩散通道，进一步提高六价铬离子的吸附速率和容量。
四、影响改性活性炭吸附六价铬离子的因素1. pH值pH值是影响改性活性炭吸附六价铬离子的重要因素。
通常情况下，酸性条件下（pH低于等于2），六价铬离子主要以Cr2O7 2-的形式存在，吸附效果较好。
而在碱性条件下（pH大于等于6），六价铬离子主要以CrO4 2-的形式存在，吸附效果较差。
2. 吸附剂用量改性活性炭的用量直接影响着吸附效果。
适量的改性活性炭用量可以提高吸附速率和容量，但过量的用量可能会导致系统流动阻力增加和吸附效果下降。
3. 初始六价铬离子浓度初始六价铬离子浓度是影响吸附效果的重要因素。
一般来说，初始浓度较高时，吸附速率较快，但随着吸附过程的进行，吸附容量会饱和并逐渐下降。
本科生课程实验（生物工程专业2010年级一班）实验名称正交设计优化改性活性炭对铜离子的吸附性能姓名李晓萌同组人姓名刘学伟王晓婷程瑶李艳娟李丹玉马雪于宝张越唐二○一三年五月实验2 正交设计优化改性活性炭对铜离子的吸附性能实验目的：在考虑交互作用A×B的情况下，利用正交设计分析法考察不同因素对活性炭对铜离子吸附体系的影响；筛选出3因素3水平，选用L9(34)正交表优化活性炭对铜离子吸附体系工艺；采用DPS软件对于试验结果进行直观分析和方差分析，确定因素主次和最适水平并判断不同因素对体系影响的显著性，从而确定最佳体系工艺（其中A、B、C三个因素排列在第1、2和4列上，空列排列在第3列上，正交表中）。
实验原理：活性炭常常作为吸附剂用在水处理中，活性炭是一种多孔性的含碳物质, 它具有高度发达的孔隙构造, 活性炭的多孔结构为其提供了大量的表面积，能与气体（杂质）充分接触，从而赋予了活性炭所特有的吸附性能，使其非常容易达到吸收收集杂质的目的。
就像磁力一样，所有的分子之间都具有相互引力。
正因为如此，活性炭孔壁上的大量的分子可以产生强大的引力，从而达到将有害的杂质吸引到孔径中的目的。
实验药品及器材：硫酸铜母液（10 g/L, 10 g五水硫酸铜粉末溶于1000 mL蒸馏水中），改性活性炭（已制备），0.1 mol/L HCl溶液（约1 mL HCl加入蒸馏水稀释至100 mL），0.1 mol/L NaOH溶液（0.4 g NaOH粉末溶于100 mL蒸馏水中），可见分光光度计，水浴锅，温度计、恒温干燥箱等。
试验方法：分别考察活性炭浓度（A因素0.15g、0.2g、0.3g）、吸附温度（B因素50℃、60℃、70℃）、吸附时间（C因素10 min、20 min、30min）以及A×B对整个实验体系的影响，每种因素设计3个水平（根据单因素试验优化得出），选用L9(34)正交表优化试验方案。
三种因素对整个实验体系的影响，以吸附量作为衡量指标：C e＝(ρ0-ρe)V/m式中：C e为平衡吸附量（mg/g）；ρ0和ρe分别为原溶液和吸附后溶液铜离子浓度（mg/L）；V为溶液体积（L）；m为改性活性炭的质量。
生物活性炭对水溶液中铜、锌离子吸附效果的测定与分析万山【摘要】采用原子吸收分光光度计,测定了水溶液中Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)被香蒲活性炭吸附后的含量,并对测定结果进行分析.香蒲活性炭对水溶液中Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附能力与溶液起始pH值、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的初始浓度以及吸附时间成正比;溶液起始pH值为6～8时,香蒲活性炭对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的单位质量吸附量相对较高.随着活性炭投加量的增加,Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的去除率增加,但单位质量吸附量降低,最大平衡单位质量吸附量分别为49.45和25.82 mg/g.结果表明,香蒲活性炭是一种较好的吸附材料,对Cu(n)的单位质量吸附量高于Zn(Ⅱ);实际应用中可在pH值为6～8的范围内设计运行pH值,使得Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)去除的同时废水pH值也达标排放.【期刊名称】《湖北理工学院学报》【年(卷),期】2016(032)004【总页数】4页(P17-20)【关键词】原子吸收分光光度法;铜锌;香蒲活性炭;吸附;分析【作者】万山【作者单位】衡阳县环境保护监测站,湖南衡阳421200【正文语种】中文【中图分类】X53原子吸收分光光度法是测定水样中重金属离子，比如Cu(II)、Zn(II)的常用方法[1]。
采矿、油漆、汽车制造、金属电镀和制革厂等工业活动和农业生产活动中化肥和杀虫剂的大量应用是水体重金属污染的主要来源。
Cu(II)、Zn(II)是维持生物体生长的必需微量营养元素，然而当Cu(II)、Zn(II)浓度较高时就会危及生物体健康及环境安全。
吸附是一种有效去除重金属的方式，其中活性炭因具有高孔隙度、大比表面积、表面化学的可变性以及高的表面活性而被认为是一种有效的吸附剂[2]。
由于传统的活性炭都是以成本较高的木材和煤炭为原材料，其应用和推广受到限制，故人们开始寻求廉价的原材料来降低活性炭的制作成本，从市政及工业活动废料到农田废弃物都有相关研究报道[3]。
改性活性炭吸附水中六价铬离子的研究改性活性炭是一种能够高效吸附水中六价铬离子的材料。
本文旨在通过详细的研究和实验，探讨改性活性炭在吸附水中六价铬离子方面的应用和性能。
首先，文章将介绍改性活性炭的定义、制备方法及其对六价铬离子吸附的原理。
随后，将通过实验研究不同因素对改性活性炭吸附六价铬离子的影响，包括改性活性炭的孔径、负载剂、表面性质等因素。
改性活性炭的定义是一种经过表面改性的活性炭，通过在活性炭表面引入各种官能团，增强其吸附性能。
制备改性活性炭的方法有多种，包括氧化、还原、酸碱处理等。
改性活性炭对六价铬离子的吸附机理主要有两种：离子交换和化学吸附。
离子交换主要是通过活性炭表面的官能团与六价铬离子之间的电荷作用，使得六价铬离子被吸附在活性炭表面；化学吸附则是通过改性活性炭表面的官能团与六价铬离子之间的化学键结合，实现吸附。
这两种吸附机制常常同时存在于改性活性炭的吸附过程中。
在实验研究方面，本文将通过对不同孔径的改性活性炭的吸附性能进行比较，来探究孔径对吸附效果的影响。
通过改变活性炭的孔径，可以改变其比表面积和孔容量，从而影响其吸附性能。
实验结果显示，随着孔径的变大，改性活性炭的比表面积和孔容量增加，吸附性能也增强。
这是因为较大的孔径可以提供更多的吸附位点，增加吸附六价铬离子的机会。
此外，我们还研究了负载剂对改性活性炭吸附六价铬离子的影响。
实验结果表明，通过负载剂的引入，改性活性炭的吸附性能得到了显著提升。
负载剂的引入可以增加改性活性炭表面的官能团数量，从而增加与六价铬离子的相互作用。
同时，负载剂还可以提高改性活性炭的稳定性和耐酸碱性，使其在各种环境条件下都能够保持较好的吸附性能。
最后，我们还研究了改性活性炭表面性质对吸附性能的影响。
实验结果显示，改性活性炭表面的官能团种类和含量对吸附性能有着显著影响。
不同的官能团能够与六价铬离子发生不同的相互作用，从而实现吸附。
在改性活性炭表面引入更多的官能团，可以增加与六价铬离子的相互作用机会，进而提高吸附性能。
表面酸碱两步改性对活性炭吸附Cr(VI)的影响刘守新 陈孝云 陈曦（东北林业大学教育部生物质材料重点实验室 哈尔滨 150040）摘要：研究了酸碱两步改性对活性炭吸附水相中Cr(VI)的影响。
将活性炭（AC0）在HNO3溶液中氧化（AC1），然后在NaOH和NaCl的混合液中处理（AC2）。
分别采用平衡和连续吸附试验，测试Cr(VI)的吸附特征。
以Boemh滴定法定量检测活性炭表面酸性官能团数量，结合元素分析结果定量表征活性炭的表面含氧官能团变化；以低温液氮吸附法分析活性炭的比表面积和孔径结构。
结果表明：活性炭经两步改性后，其Cr(VI)的吸附容量和吸附速度均显著改变。
吸附容量和吸附速度大小依次为AC2＞AC1＞AC0。
改性活性炭表面积下降，表面含氧酸性官能团数量增加。
HNO3液相氧化处理可使活性炭表面生成带正电含氧酸性官能团，第二步改性后活性炭表面酸性官能团H+部分被Na+取代，使活性炭表面酸性降低。
表面较多的含氧酸性官能团（与AC0相比）、适宜的表面pH（与AC1相比）是AC2所表现出较高Cr(VI)吸附容量的主要原因。
关键词：活性炭；改性；酸，碱；吸附；六价铬中图分类号：文献标识码：A 文章编号：0250-3301（2005）含Cr (VI)废水由于其本身的难降解性、高毒性和高致癌性，其有效治理引起人们广泛关注[1~3]。
活性炭吸附法是治理含Cr (VI)废水的有效途径，但普通活性炭对Cr (VI)的吸附容量较低。
最近，人们开展了大量实验以揭示氧化处理活性炭的表面化学结构与Cr (VI)去除效率的变化关系[3~6]。
金属离子的吸附主要取决于活性炭的孔结构和表面化学结构，活性炭表面的含氧官能团为金属离子的活性吸附点[5，7，8]。
活性炭的表面化学结构主要由活性炭表面含氧官能团的数量和性质决定，取决于炭本身的性质和其氧化历程，可以通过化学氧化性气氛中的热处理或酸性条件下处理而改变。
氧化处理可以增加活性炭表面酸性官能团数量，从而提高其Cr (VI)吸附容量[3~7]。
ZnCl2改性活性炭对硫酸根离子的吸附王国祥;金灿;王莹;刘子维;张珩【摘要】采用响应面法系统地研究了微波处理时间、微波功率和ZnCl2的浸渍比3个微波参数对活性炭(AC)碘值的影响,得出最优微波工艺.使用了扫描电镜仪、比表面积测试仪、傅里叶变换红外光谱仪和电感耦合等离子体发射光谱仪对活性炭的微观结构和表面化学进行了表征,最后应用所制备的活性炭除去水中的硫酸根.结果表明,随着微波处理时间和功率的增加,活性炭的比表面积都呈现出了先增高后降低的特点.处理时间50 min,处理功率450 W时,碘值达到最高值1100 mg·g-1.在达到吸附平衡时质量分数70％ZnCl2处理后的活性炭的微孔比表面积由791cm2·g-1增加到1429 cm2·g-1,总孔容由0.25 cm3·g-1增加到0.73 cm3·g-1.廉价且高吸附性等优点表明ZnCl2-AC是一种有实际应用潜能除硫酸根材料.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2019(041)002【总页数】6页(P125-130)【关键词】硫酸根;氯化锌活化;活性炭;吸附【作者】王国祥;金灿;王莹;刘子维;张珩【作者单位】武汉工程大学化工与制药学院,湖北武汉 430205;武汉工程大学化工与制药学院,湖北武汉 430205;武汉武药科技有限公司,湖北武汉 430000;武汉工程大学化工与制药学院,湖北武汉 430205;武汉工程大学化工与制药学院,湖北武汉 430205【正文语种】中文【中图分类】TQ127活性炭材料是椰子壳、褐煤、烟煤和各种其他碳质材料经过加工处理所得的无定形碳。
该种材料具有较大的比表面积和复杂的孔结构，其结构特性使得活性炭具有极强的吸附作用［1］。
对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附，并可以在一定溶剂的作用下完成解吸附［2］。
并且，经过处理后的活性炭比表面积的增加，孔结构（孔形状、孔径及分布）得到改变［3］。
由于碳原子的不饱和性，活性炭可以以配位或者共价形式结合碳原子以外的原子和原子基团，形成各种复杂的表面功能官能团。
复杂的孔形态与丰富的表面化学基团共同构成了活性炭和表面化学性质，为活性炭的应用提供了多种的可能性。
目前，制备活性炭最常用的方法主要有物理活化法［4］和化学活化法［5-6］。
物理活化方法通过外部能量的输入，在微观层面产生碳结构的膨胀，破裂并完成孔的再造，从而改变活性炭的孔形态。
而化学活化法则是针对碳原子的不饱和性，通过配位共价的方式形成所需的化学基团。
以H3PO4、HF为代表的酸性活化剂，可以在活性炭表面形成极性官能团；以K2CO3为代表的碱类化合物，形成径向活化，使活性炭的介孔（直径＜2 nm）变得异常发达［7］。
常见以 Zn2+、Fe2+和 Gu2+为代表的金属离子化合物，形成与活性炭中的碳原子形成配位结构，可以用于阴离子的吸附与分离。
以K2CO3、KOH为代表的碱性活化剂会使活性炭的微孔（直径＜2 nm）变得发达，主要针对气相吸附［7］；而对于我们常用的液相吸附，所吸附物质的分子较大就需要活性炭中孔较发达，而ZnCl2改性活性炭就能达到我们想要的程度。
此前所报道的ZnCl2活化活性炭方面的文献主要是针对活性炭的制备和简单表征，对于其具体的应用有所缺乏。
如今，车间都使用循环水都在密闭系统中反复循环，其中的盐含量往往达到一个较高水平，腐蚀管道，进而影响设备的正常运转。
对此，本文详细研究了ZnCl2活化活性炭改性所产生的表面化学性质改变，并对水质中的SO4 2-的吸附行为进行了研究。
Zn2+相对于Fe2+和Gu2+而言，在高温制备的过程中可以保持稳定的化学价态。
且Zn2+吸附在活性炭上可以发挥出电子受体与供体的双重作用，经过处理后的活性炭，会形成Zn与C的配位结构，可被视为微小的电极，在处理污水、吸收SO2方面都有着不少的促进作用，能显著改善活性炭的吸附性能［8］。
同时氯化锌的价格合理，以ZnCl2作为活化剂，可以使得研究的成果有很好的放大应用性［9-10］。
本文首先通过响应面分析法（response surface methodology，RSM）方法确立了微波制备条件，确定了微波功率与时间，而后通过扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）、BET （Brunauer，Emmett and Teller）比表面积法、傅氏转换红外线光谱分析仪（fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR）与电感耦合等离子体发射光谱仪（inductively coupled plasma opeical emission spectr ometer，ICP-OES）分别对目的活性炭的表面形貌、比表面积、孔形态以及表面化学性质进行表征，评价不同ZnCl2浸渍比（活性炭的质量与不同浓度的ZnCl2溶液质量之比）的活性炭结构及表面化学性能，为该类活性炭的应用提供理论参考［11］。
最后将所制备的活性炭用于水中的的吸附，结果显示中高ZnCl2浸渍比的活性炭可以有效地除去水中的。
1 实验部分1.1 实验材料实验中所用的原料为玉米秸秆，采自孝感市小悟乡。
氯化锌（ZnCl2）、硫代硫酸钠（Na2S2O3）、碘化钾（KI）、碘（I2）、溴化钾（KBr）和淀粉（J&K scientific），Zn元素标准溶液（1 mg/mL）（均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。
1.2 生物质活性炭的制备与工艺优化用水反复冲洗玉米秸秆，去除附着的污垢和可溶性杂质，切成约2 cm2，并在鼓风干燥箱中105℃干燥24 h，然后用立式球磨打碎、过筛。
将制备好的生物质炭储存在干燥器中直至使用。
将50 g秸秆与不同质量的ZnCl2共同分散于100 mL 蒸馏水中，形成浸渍比（质量分数）为0%，10%，20% ，30% ，40% ，50% ，60% ，70% 的梯度溶液，持续48 h。
用蒸馏水反复冲洗样品并干燥，取50 g放入微波炉中。
用N2置换微波炉中空气体。
以不同的辐射时间和微波功率活化活性炭。
而后使样品在室温下冷却，用0.5 mol/L盐酸彻底洗涤，然后用蒸馏水彻底洗涤，达到6.5～7.0的pH，将所得样品在105℃下干燥并储存在密闭的瓶中。
活性炭碘值由Na2S2O3溶液的滴定法依据GB/T12496.8-1999测定。
以辐射时间、微波功率和浸渍比为自变量，以碘值因变量进行分析。
采用RSM中的Box-Behnken模型进行分析并确立最佳制备条件。
1.3 样品的表征以RSM法所得的最优工艺：495 W输入功率，46 min处理时间，制备低中高的浸渍比分别为10%，40%，70%的3种活性炭。
以日本蔡司公司Zeiss EVO 50型扫描电镜观察3种改性活性炭和空白活性炭的表面形貌。
加速电压设置为10 kV。
采用日本电子的JSM-5510LV型比表面积及孔径分析仪测定3种改性活性炭和空白活性炭的氮气吸脱附等温线。
将活性炭试样在200℃下脱气预处理3 h，然后用静态体积法在液氮浴温度（77.4 K）下，使分析气体（N2）接触固体吸附剂达到吸附平衡，采用Langmuir多点法计算活性炭的比表面积，采用多峰分布微孔的Horvath-Kawazoe（HK）法以脱附支计算孔容和孔径分布。
采用美国赛默飞Thermo Scientific Nicolet Is50傅立叶变换红外光谱仪对3种改性活性炭和空白活性炭进行了表面基团进行分析，溴化钾压片，波长范围为4 000～500 cm-1，在每次测量之前，运行仪器以收集背景，然后从样品光谱中自动减去背景。
采用ICP-OES（美国安捷伦公司Agilent 7700X）测定目标活性炭中的Zn元素含量。
首先吸取标准溶液，用去离子水配成含Zn元素质量浓度分别为0，2.5，5，10，20，50，100，200 μg/mL系列质量浓度的混合对照品溶液，内含质量分数5%浓硝酸，建立外标工作曲线。
精密称取3种改性活性炭和空白活性炭各0.5 g，放入聚四氟乙烯消解罐中，置于通风橱中静置20 min，待反应不剧烈后加盖密封，装入微波消解仪中（意大利Milestone公司），按设定程序消解，冷却至室温，取出消解罐，在通风橱中将酸挥尽，用去离子水定容至100 mL，内含质量分数5%浓硝酸，待测。
采用上海般特Bante321-CL型氯离子检测器对消解后样品进行氯离子含量测定。
1.4 SO42-元素含量测定本研究采用便携式硫酸盐仪（型号：LS-1A上海海恒机电仪表有限公司）测定SO4 2-的含量。
称取443.75 mg的Na2SO4固体溶解在1 L的纯化水中。
称取空白对照、10%、40%、70%浸渍比的活性炭分别4.00 g投入到配制好了的Na2SO4溶液中，封口，搅拌过夜12 h后，测定Na2SO4溶液中Na2SO4的含量。
2 结果与讨论2.1 基于活性炭碘值的RSM制备工艺筛选活性炭的碘值可以在一定程度上代表活性炭的孔隙率和比表面积的近似值。
在本研究中，首先以活性炭碘值为因变量用于RSM分析。
RSM是研究两因素或多个因素之间交互作用的一种有效工具，相对于单因素实验和传统的正交实验而言，RSM可以给出直观的趋势结果。
本所采用的Box-Behnken Design可以避免极端因子水平组合，降低实验风险，减小结果误差。
由图1（a）和图1（c）可知，在50 min之前，活性炭的碘值随着处理时间的增加而增加，当处理时间超过60min后趋于平稳下降；由图1（a）和图1（b），可知活性炭的碘值随着功率的增大先上升后下降，450 W左右为最高点；由图1（b）和 1（c），可知 ZnCl2浸渍比对碘值的影响不大。
总而言之，微波处理时间和功率对于碘值的影响是先升后降，处理时间50 min，处理功率为 450 W 时，碘值达到最高值 1 100（mg·g-1）表明适量的能量输入和作用时间有助于形成复杂的微孔形态，而过多的能量输入和过长处理时间可能会导致孔的融合。
考虑到碘值是活性炭微观结构评价的近似值，浸渍比对于碘值的较小影响促使我们进一步研究不同浸渍比与活性炭微观形态之间的关系［12］。
2.2 活性炭的表面形态结构图1 基于RSM方法的三因素响应分析：（a）时间和微波功率对碘值的影响，（b）浸渍比和微波功率对碘值的影响，（c）浸渍比和时间对碘值的影响Fig.1 Three factors response analysis using RSM method：（a）effects of time and microwave power，（b）impregnation ratio and microwave power，and（c）impregnation ratio and time on iodine values图2 不同ZnCl2浸渍比（活性炭与ZnCl2溶液质量之比）活性炭SEM图：（a）空白对照，（b）10% ，（c）40%，（d）70%Fig.2 SEM images of activated carbon at different activated carbon/ZnCl2solution mass ratios：（a）blank，（b）10%，（c）40%，（d）70%3种改性活性炭和空白活性炭的表面微观形貌如图2所示。
