怎么提高活性炭的吸附能力

  加熱和氮摻雜處理可以增加活性炭的陰離子吸附能力。在950℃下加熱活性炭以通過含氧酸性官能團(tuán)的分解來增強(qiáng)石墨烯層上的π電子。石墨烯層上的π電子可以吸引一些質(zhì)子，導(dǎo)致吸附位點(diǎn)略有增加，并且通過退火過程分解含氧酸性官能團(tuán)會(huì)增強(qiáng)π電子，因?yàn)檫@些官能團(tuán)被稱為電子-撤回團(tuán)體。經(jīng)過熱處理使活性炭樣品具有抵抗蒸汽活化的硬度，因此，我們必須在**一步進(jìn)行退火過程，因?yàn)樵谕嘶鸷鬅o法正確進(jìn)行蒸汽活化。并且通過熱處理從其他表面氮物種形成季氮，進(jìn)行實(shí)際檢測來證明活性炭的原始表面性質(zhì)對(duì)砷吸附能力的影響。

  根據(jù)溶液pH值對(duì)砷的潛在吸附位點(diǎn)

  活性炭的陰離子吸附能力通常受溶液pH值的影響。因此，我們使用吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估了所有pH范圍內(nèi)砷的潛在吸附位點(diǎn)。pH2-12吸附容量的結(jié)果如圖1所示。所有樣品在pH7附近表現(xiàn)出高吸附能力。通常，酸性pH條件下的陰離子吸附能力取決于堿性官能團(tuán)的數(shù)量。作為基本官能團(tuán)的例子，石墨烯層上的π電子可以吸引一些質(zhì)子，導(dǎo)致吸附位點(diǎn)略有增加。此外，吡啶氮(N-6)、吡咯氮(N-5)和胺基團(tuán)在低于特定pH值時(shí)會(huì)變成帶正電荷的吸附位點(diǎn)，這取決于它們的酸度系數(shù)，而季氮始終以帶正電的形式存在。因此，當(dāng)這些位點(diǎn)根據(jù)它們的酸度系數(shù)在某些酸性pH范圍內(nèi)變成正電荷時(shí)，它們可以充當(dāng)陰離子吸附位點(diǎn)。由于這個(gè)原因，碳的活化在酸性pH值而不是堿性pH值條件下表現(xiàn)出相對(duì)較高的砷吸附能力。然而，H3AsO4的酸度系數(shù)值為2.19、6.94和11.5。例如，砷酸鹽的主要種類是H3AsO4和H2AsO4-在pH值2.19。因此，當(dāng)溶液pH值低于2時(shí)，砷的主要種類變?yōu)橹行?。活性炭和被吸附物之間的靜電相互作用變得排斥。此外，由于用鹽酸調(diào)節(jié)pH，砷酸鹽和氯離子之間的競爭會(huì)**砷酸鹽的吸附。相反，砷的主要種類是堿性pH范圍內(nèi)的陰離子。然而，當(dāng)溶液的堿度大于每個(gè)樣品的pHpzc時(shí)，碳表面帶負(fù)電荷。這些強(qiáng)堿性條件在靜電上不適合陰離子吸附。此外，過量的氫氧根離子也在堿性區(qū)域中充當(dāng)強(qiáng)競爭離子。綜上所述，陰離子吸附在堿性pH范圍內(nèi)是不利的。

  圖1：活性炭在各種平衡pH范圍內(nèi)對(duì)砷吸附的影響。

  吸附等溫線

  我們?cè)趫D2中顯示了連續(xù)加熱處理活性炭的朗繆爾吸附等溫線。由于顯示出大吸附容量的pH值較窄，因此我們將平衡pH條件確定為pH6.6-7.0。在此范圍內(nèi)，大多數(shù)經(jīng)CVD處理的樣品顯示出穩(wěn)定的吸附能力。決定系數(shù)指出朗繆爾等溫線與所有樣品的合適匹配。因此，該結(jié)果表明砷吸附可以發(fā)生在單層上?？傊?，該結(jié)果支持了砷酸鹽吸附發(fā)生在NQ位點(diǎn)、石墨烯層上的π電子質(zhì)子化以及活性炭的含氧和氮的基本官能團(tuán)質(zhì)子化的想法。

  圖2：活性炭的砷吸附朗繆爾吸附等溫線。

  具有微孔表面的活性炭適合作為砷吸附劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是增加活性炭的比表面積和高濃度的季氮含量將增強(qiáng)所有pH范圍內(nèi)的砷吸附。蒸汽活化的連續(xù)處理前驅(qū)體的氮含量影響了基本官能團(tuán)，因此由低含氮前驅(qū)體制成的樣品在酸性pH條件下表現(xiàn)出低砷吸附能力。如果熱處理后的結(jié)構(gòu)容易被活化工藝破壞，熱化學(xué)氣相沉積工藝后產(chǎn)生的表面會(huì)在活化過程中丟失。熱化學(xué)氣相沉積工藝引入的氮將在整個(gè)pH范圍內(nèi)的砷吸附機(jī)制中發(fā)揮重要作用。因此，活性炭前體應(yīng)具有抗熱處理的剛性表面，經(jīng)過處理后氮含量增加了1.7%。由于其介孔表面，增加是所有前體中比較高的。