发布日期：2018-11-09 10:52 来源：活性炭网 作者：活性炭网 浏览数：
非均匀尺寸的活性炭衍生自doum棕榈壳，一种新的前体，通过空气中的碳化和使用KOH，NaOH和ZnCl 2的 活化 。 通过X射线衍射，N 2 吸附 - 解吸，扫描电子显微镜，粒度分析 表征活性碳纤维
在全球范围内，重金属可能主要通过与采矿，精炼，电镀，弹药，蓄电池，金属冶炼和精加工，发动机废气，工业排放和废水，农产品重金属富集相关的不受控制的人为通量进入环境，污泥和水的再利用。这些金属的潜在健康风险大多与暴露在砷，镉，铅，汞（Järup有关2003）。特别是，镉和铅离子已经长期被认为是不能在无论如何被容忍有害重金属污染物（FERM和卡彭特1967），由于它们的非生物降解性，致畸性，和潜中毒（杨氏2003 ;Piskorová等人2003）。
在当今社会，寻求从工业和饮用水中去除重金属的努力提高了对可能的水处理技术的比例兴趣。在这些技术中，吸附被认为是至少去除重金属和减少人类痛苦机会的良好选择。毫无疑问，活性炭是全系列吸附剂的最前沿（Demirbas 2008）。对这种材料越来越感兴趣的原因在于其有利的表面性质，吸附均匀性以及因此优异的吸附效果。此外，与其他无机吸附剂如沸石相比，该材料相对成本有效。
在寻找有效，低成本或现成的活性炭的过程中，已经研究了几种前体。甘蔗渣沥青的动员，主要由纤维素，戊聚糖和木质素组成的残余甘蔗提取物，当pH超过8.0时，实现了以创纪录的高效率（100％）去除Cd 2+（Mohan和Singh 2002）。然而，活性炭的效率可能与离子有关。例如，杏石基活性炭表现出高性能的去除镉2+，但在去除铅的表现不佳2+（Kobya等人。2005）。在我们的实验室中，我们的目的是研究一些化学活化的doum棕榈壳制剂在吸附去除受刺激和工业废水中的Cd 2+和Pb 2+离子方面的性能。据我们所知，通过化学活化制备的这种形式的活性炭首次用于吸附研究。值得一提的是，Nwosu等人。（2009）通过物理方法（在空气中氧化，在CO 2中活化）从doum棕榈壳制备活性炭在840°C）但这些工人仅限于研究表面功能（酚醛树脂，内酯），孔径和材料表面电荷。作为我们目标的一部分，我们打算研究使用受激Cd 2+和Pb 2+水的操作变量的影响，并使用优化的参数处理工业废水。我们还承诺表征所制备的活性炭的性能的表面依赖性。
从BDH获得氯化锌（97％），由Qualikems提供NaOH（97％）。在制备KOH（85％; Reidel-deHaen）期间，进行纯度补偿。使用去离子水从其硝酸盐制备Cd 2+和Pb 2+的储备溶液。活性炭的前体是doum棕榈壳。果实是从位于野外的doum棕榈树（Hyphaene thebaica L. Mart）采集的，在干燥季节（2012年11月至12月），在Kano的Gwarzo LGA，Janguza营房中采集。
首先，刮下doum棕榈壳并洗涤以除去表面皮和污垢，并在105℃的烘箱中干燥过夜。将干燥的doum棕榈壳切割，研磨并分离成粒状网眼（1-2mm）。活性炭的制备主要由Tan等人的方法指导。（2008）。离开Tan等人。然而，该材料在500℃下烧焦3小时。所得的炭在三个单独的烧杯中用固体KOH，NaOH和ZnCl 2浸渍，浸渍比（Ir）为1：3，定义如下：
其中W AA是活化剂的干重（g），W Char是炭的干重（g）。
随后，加入去离子水以溶解每种混合物中的活化剂，然后在105℃下脱水过夜，并在500℃下进一步热处理3小时。然后将所得物质冷却并用热的去离子水和0.1mol / l盐酸洗涤直至pH值接近7.将由此获得的活性炭最终平滑，储存在装配良好的气密容器中并适当标记KOH-AC ，NaOH-AC和ZnCl 2 -AC用于实验研究。同时，通过物理方法制备常规活性炭（常规AC），不添加化学活化剂。
通过Phenom电子显微镜，ProX，MVE 1329F 对活性炭（KOH-AC，NaOH-AC，ZnCl 2 -AC和常规AC）的表面形态进行成像。在Ital Structure APD2000 X射线衍射仪上记录X射线衍射图。使用CuKα辐射源（λ= 1.5406？）进行分析。使用由日本Bel提供的Belsorp Mini II测定吸附 - 解吸等温线。除了在200℃下脱气的常规AC之外，将吸附计在150℃下脱气。在Nano S Malvern纳米尺寸上一式三份进行粒度分析，并计算平均粒度。在测量之前，通过超声处理将活性炭样品分散在去离子水中。
灰分和水分含量通过重量差异确定（AOAC 1990）。对于灰分含量，将5g活性炭在坩埚中在80℃的温度下加热3小时，在干燥器中冷却，然后称重。将样品在105℃下第二次加热30分钟，在干燥器中冷却并再次称重。在相同温度下重复该过程数次，持续15分钟，直至获得恒重。使用以下等式计算每个样品的水分含量百分比：
KOH-AC，NaOH-AC，ZnCl 2 -AC和常规AC含水分别高达4.4％，5.7％，5.3％和4.8％。
在测定灰分含量时，将活性炭（1g）置于已知重量的坩埚中，然后在500℃下加热3小时。将样品在干燥器中冷却并称重。每个样品的灰分含量由加热前后样品的重量计算如下：
其中，W 1是坩埚的重量，W 2是坩埚与样品的初始重量，W 3是坩埚与样品的最终重量。KOH-AC，NaOH-AC，ZnCl 2 -AC和常规AC 的灰分含量分别为10.9,7.6,8.2和11.2％。
使用活性炭粉末（KOH-AC，NaOH-AC，ZnCl 2 -AC和常规AC）从受刺激的废水中吸附Pb 2+和Cd 2+。批量实验基本上在30℃的恒温振荡器中进行，以研究pH，吸附剂剂量，接触时间和Cd 2+或Pb 2+离子的初始浓度对doum棕榈壳吸附剂上的吸附的影响。在搅拌烧瓶后，除去每个烧瓶的内容物，过滤并通过原子吸收光谱仪（AAS）分析滤液。保留在吸附剂相上的金属浓度（mg / g）（q e并且分别使用以下等式计算吸附剂制剂的去除效率（％）：
其中Ç Ò和Ç Ë是浓度镉（毫克/升）2+和Pb 2+分别吸附之前和之后，V（毫升）是CD的体积2+或Pb 2+和米（g）的吸附剂的质量。
使用合成的重金属溶液研究了操作变量对Cd 2+或Pb 2+吸附的影响，并且在每种情况下推测出最佳条件。在含有2.5g活性炭（KOH-AC，NaOH-AC，ZnCl 2 -AC或KOH- AC或KCO -AC）的分批系统中研究了搅拌时间对Cd 2+或Pb 2+（50 ml / 50 mg / l）吸附的影响。常规AC）。将烧瓶在不同的接触时间（0,20,40,60,80和100分钟）内以350rpm进行塞住和搅拌，取出等分试样，过滤并使用AAS分析。
为了确定吸附剂浓度的影响，将刺激的Cd 2+或Pb 2+溶液（50ml）加入到含有0.5-2.5g KOH-AC，NaOH-AC，ZnCl 2 -AC或常规的间歇式反应器中。AC，并在40至80分钟之间以350rpm搅拌，这取决于平衡搅拌时吸附剂的类型。过滤烧瓶中的内容物，并使用AAS分析每种滤液。另一方面，吸附物浓度（Cd 2+或Pb 2+）的影响在40-80mg / l的浓度之间研究mg / l）。搅拌50毫升重金属溶液直至达到平衡。吸附后，过滤残留的悬浮液以除去doum棕榈石，并使用原子吸收分光光度计测量滤液的吸光度。保持上述实验的最佳条件，但是使用0.1mol / l HCl和0.1mol / l NaOH将每组五种溶液的pH调节在5和7之间（通过0.5的间隔）。过滤每个烧瓶的内容物，并使用AAS分析滤液。
为了模拟重金属吸附的平衡，通常认可的等温线包括Langmuir，Freundlich和Temkin。在这项研究中，平衡剖面或吸附等温线符合Freundlich，Langmuir和Temkin等温线的线性形式：
其中K F是Freundlich吸附常数，K L是Langmuir吸附常数，q m是吸附的重金属的最大浓度，A和B是常数。
使用50ml吸附质溶液进行动力学研究，浓度范围为40-80mg / l，并且存在2.5g活性炭。以一些接触时间间隔（0,20,40,60,80和100分钟）取样，过滤并使用AAS分析滤液。
10个代表性的污水样品主要来自Kano的Sharada工业区（纬度为11°30 “ N，长度为8°38 ” E，alt。~485 m）的制革和纺织工业。这些制造业的身份在此用字母A-J代替。
如下通过APHA（1985）方法消化流出物。将浓缩的HNO 3（5ml）加入到烧杯中的100ml流出物中，该烧杯用表面皿覆盖并在通风橱中浓缩至20ml。等量的HNO 3向混合物中加入（5ml）并轻轻加热至易回流，直至获得浅色透明溶液。用蒸馏水洗涤烧杯和表玻璃并转移到100ml容量瓶中并用蒸馏水稀释至刻度。使用210VGP Buck Scientific，原子吸收分光光度计（AAS）测定流出物样品和标准水溶液的镉和铅浓度。一式三份进行分析，记录吸附实验前的镉和铅含量（表 1）。然后使用最佳剂量的活性炭处理这些重金属水平。
等级
| 样品a | Cd 2+（mg / l）b | Pb 2+（mg / l）b |
|---|---|---|
| A（纺织工业） | 0.66±0.01 | 0.13±0.01 |
| B（制革业） | 0.69±0.01 | 0.39±0.03 |
| C（制革业） | 0.82±0.02 | 0.52±0.02 |
| D（包装材料行业） | 0.98±0.01 | 0.92±0.01 |
| E（杀虫剂行业） | 1.02±0.03 | 1.18±0.01 |
| F（纺织工业） | 1.08±0.01 | 1.32±0.02 |
| G（制革业） | 1.26±0.02 | 2.09±0.01 |
| H（纺织品） | 1.30±0.04 | 2.87±0.02 |
| 我（制革业） | 1.42±0.02 | 3.26±0.03 |
| J（制革厂） | 2.06±0.05 | 4.57±0.03 |
a这些制造公司的名称由作者保留
b平均值 + 标准差
基本上，吸附效率很大程度上取决于吸附时间。因此研究了接触时间对镉和铅吸附的影响。在铅的情况下，研究结果如图1所示 。从图中可以看出，所有活性炭粉末在约60分钟后达到平衡吸附，KOH-AC，NaOH-AC和ZnCl 2 -AC的吸附容量分别为71.62,93.34和92.31％。
接触时间对50 mg / l ZnCl 2，KOH和NaOH活化及常规活化双壳贝吸附Pb 2+的影响
一般观察发现，在平衡之前，随着接触时间的增加，Cd 2+和Pb 2+的去除效率都会提高，这对于良好的吸附剂来说是普遍适用的（Sekar等人2004 ; Wang等人2010 ; Liao et人。2011）。以类似于铅的方式，镉吸附的平衡在短时间内达到，通常为60分钟。
研究了初始重金属浓度在40-80mg / l范围内的影响。研究结果如图2所示 。从图中可以看出，由于活性炭上的吸附位点的存在，KOH-AC和ZnCl 2 -AC 对Pb 2+的去除效率随着吸附物的存在而增加。然而，随着铅浓度变得非常高，在大多数情况下超过最佳浓度（50mg / l），去除效率下降。选择该浓度作为最佳浓度并用于研究中以研究接触时间，吸附剂剂量和pH的影响。可以注意到，对于所有化学活化的碳，吸附效率通常很高（> 70％）。
Cd 2+浓度对活性炭吸附剂吸附容量的影响
通常认为，金属去除机理与活性炭的表面性质有关。具体而言，通过CO 2活化制备的常规双棕榈活性炭显示出可能表现出不同的孔径，大量的含氧官能团（酚-OH /内酯= O高达8.294 mmol H +当量/ g C）总负表面电荷（高达5.636mmol H +当量/ g C）（Nwosu等人，2009），其协同地可提供吸附重金属盐的活性位点。用活性炭（NaOH-AC，KOH-AC，ZnCl 2 -AC）提高吸附效率如图2所示（图 2）因此，可能与化学活化产生的改善的表面性质有关。
使用50mg / l初始吸附物浓度研究吸附剂剂量的影响，吸附剂浓度在0.5g / 50ml至2.5g / 50ml之间。镉去除研究结果如图3所示 。通常在初始阶段，Cd 2+的去除效率逐渐增加随着吸附物浓度的相应增加，这可能归因于吸附位点的增加。然而，随着活性炭的结合位点饱和，由于吸附对吸附物浓度的吸附的独立性，曲线趋于平稳。从图中可以清楚地看出，使用KOH-AC，在研究中使用的吸附剂剂量范围内获得了显着的吸附。因此，在ZnCl 2 -AC，KOH-AC，NaOH-AC和常规AC上有效去除镉的最佳剂量分别为1.5,1.0,2.5和1.5g（吸附容量分别为99.82,99.52,100和66.84％）。 。
吸附剂用量对ZnCl 2，KOH和NaOH AC 吸附Cd 2+及常规活性棕榈粉的影响
另一方面，图 4显示了吸附剂量对Pb 2+吸附的影响。KOH-AC和NaOH-AC的突出性能的趋势与Cd 2+的情况没有显着差异，因为达到了低于最佳吸附剂剂量的吸附容量。在最佳吸附剂量（1.5,1.0,1.0和1.0g）下，活性炭ZnCl 2 -AC，KOH-AC，NaOH-AC和常规AC的性能分别为99.92,99.60,99.96和82.52％。总的来说，可以推测，除最佳剂量外，发现吸附剂的量对吸附效率有负面影响。此外，由于常规AC对Cd 2+的吸附能力最低和Pb 2+（分别为55.22和71.88％）可以确保NaOH和KOH活化对碳质材料的显着适用性。
吸附剂用量对ZnCl 2，KOH和NaOH活性炭及裸活性炭吸附Pb 2+的影响
为了找到负责KOH-AC和NaOH-AC高效吸附的因素，进行了吸附 - 脱附实验。容易注意到活性炭的孔隙率的显着差异。NaOH-AC 的N 2吸附 - 解吸等温线（图 5）是IV型，其是基于Bauneuer-Deming-Deming-Teller（BDDT）解释的中孔材料的特征。从图中可以容易地看出这种多孔材料的特征磁滞回线。
NaOH-AC在77K下的吸附 - 解吸等温线
显然，与其他改性活性炭吸附剂（S BET （KOH-AC） = 5.41 m 2 / g和S BET（ZnCl 2 -）相比，NaOH-AC的高吸附容量（S BET = 226.02 m 2 / g）AC） = 0.84m 2 / g）是表面积驱动的。为了证实这一观点，通过Barrett-Joyner-Halenda（BJH）方法评估孔径分布（图 6）。结果是阳性的，因为 与KOH-AC和ZnCl 2相比，NaOH-AC显示出最高的孔隙率（平均孔体积V p = 0.096cm 3 / g;估计在p / p o = 0.990）。-AC（V p = 0.068和0.008cm 3 / g）。通常，活性炭显示出不同的孔径分布，这取决于活化剂。基本上，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）描述了具有独特孔径≤2,2-50和≥50nm的微孔，中孔和大孔。从图 6一个可以得出结论的是，氢氧化钠-AC主要由介孔。确定该活性炭的平均中孔直径为3.99nm。有趣的是，ZnCl 2 -AC也是中孔的（平均孔径= 40.2nm）。
NaOH-AC（a），KOH-AC（b）和常规AC（c）的BJH孔径分布
KOH-AC等温线显示III型大孔（图 7），这可以通过平均孔径（50.12nm）确认。然而，这种活性炭的显着性能不能归因于表面积，因为S BET低。
在77K下，KOH-AC的氮吸附 - 解吸等温线
为了对KOH-AC的效率提供合理的解释，进行X射线衍射（XRD）分析。活性炭的衍射图重叠如图8所示 。在2θ= 24.1°，38.3°和44.5°处观察到所有活性炭共有的突出衍射峰。为了有助于前述讨论，提出了表格形式的每种活性炭的散射角的概述（表 2）。显然，热处理使活性炭石墨化，如石墨晶格的特征面所示。对于碳层的结构002反射，所有活性炭在2θ= 24.1°处显示出特征衍射峰，如通常对活性炭的解释（Iijima 1991）; Acharya等。2009）。2θ= 42.3°处的峰值用于10次反射，这是由101和100的合并产生的取向（Dandekar等人，1998）。所有活性炭粉末共有的44.5°的峰对应于sp 3晶格反射。
NaOH-AC，KOH-AC，ZnCl 2 -AC和常规AC的X射线衍射图
所制备的活性炭的散射角列表
| 活性炭 | 观察到的散射角为2θ° |
|---|---|
| 氢氧化钠-AC | 26.1°，38.3°，44.5° |
| KOH-AC | 20.8°，24.1°，28.2°，30°，38.3°，42.3°，44.5° |
| ZnCl 2 -AC | 13.8°，24.1°，26.8°，38.3°，44.5° |
| 常规AC | 13.8°，24.1°，26.8°，38.3°，44.5° |
通常，材料的XRD峰强度越高，微晶尺寸越高。由于结晶度，粒度和纯度的增加，KOH-AC的衍射峰是最尖锐和最强烈的。结晶度为KOH-AC> ZnCl 2 -AC =常规AC> NaOH-AC。ZnCl 2 -AC和常规AC 的峰值模式完全相同。从衍射峰相对于NaOH-AC的变宽，可以容易地确认相对高的无定形含量以及高孔隙率。衍射峰的移动与结晶度的变化有关，其分别使峰变宽或变尖。
使用粒度分析仪分析粒子的尺寸分布。结果如图9所示 。从插图（a）和（b）中，KOH-AC和NaOH-AC均显示单峰粒度分布，平均粒径（nm）峰值分别为190.10±0.00和43.82±0.00。KOH-AC的孔径范围为0.4-458.7nm，而NaOH-AC的范围为31-51nm。不同的是，ZnCl 2 -AC和常规AC 获得双峰孔径分布，在相同范围（0.4-825和4145-6439nm）内惊人地下降。这些活性炭的峰对称性不同，因为ZnCl 2 -AC 的第一个峰在342 nm处加倍（图 9）c）由于具有这些尺寸的颗粒密度，而常规AC没有观察到这种峰值加倍（图 9d）。从图中可以看出，与其他吸附剂相比，ZnCl 2 -AC和常规AC 的较低性能可以追溯到这些活性炭中存在较大的粒径（微米级），这提供了较低的表面积。与KOH-AC和NaOH-AC相比。
NaOH-AC（a），KOH-AC（b），ZnCl 2 -AC（c）和常规AC（d）的粒度分布
KOH-AC颗粒的高结晶度促使我们使用扫描电子显微镜（SEM）对活性炭的表面形态进行成像，并可视化可能的变化。图 10显示了NaOH-AC和KOH-AC的扫描电子显微照片。两幅SEM图像均显示与腰果壳中活性炭粉相似的基本表面（Jung等，2014），这可能是由于挥发物的释放不完全。特别是，NaOH-AC显示出微孔的存在，这似乎是在发展过程中。这些孔在KOH-AC中是不可见的，这可能是其相对较低的表面积。
的表面的扫描电子显微照片一个的NaOH-AC，b KOH-AC
最后，吸附剂的灰分含量可以提供有关吸附能力的可观信息。活性炭的灰分含量越低，其吸附能力越好。尽管NaOH-AC具有最低的灰分含量（8.2％），但常规AC具有最高的这种性质（11.2％），这进一步说明其与后者相比性能较低。
吸附剂的含水悬浮液的pH是可以控制金属的吸附（Chen等人的一个重要参数2010）。从图11中可以看出 ，对于常规AC和NaOH-AC，在pH5下观察到低的镉去除能力，随着酸度增加到pH6，镉的去除能力相当提高。在pH> 6.5时观察到镉离子。一般来说，在本研究的pH范围内，ZnCl 2，KOH，NaOH 悬浮液中的镉（II）离子和铅（II）离子的吸附分别大幅减少，活化的棕榈石和前体（pH值为5） -pH 7）可能是由于Pourbaix图预测的氢氧化物沉淀。实际上是Pb 2+已知在pH6.7以上沉淀为Pb（OH）2（Momčilović等人，2011）。在镉离子的情况下，去除的增加可归因于低浓度的正表面电荷如H +，这将减少正金属离子的排斥并增强吸附性（Kadirvelu和Namasivayam 2003）。根据图 11，在NaOH-AC上除去Cd 2+的最佳pH值可以判定为5.5。
pH值对ZnCl 2，KOH和NaOH改性以及未改性的doum棕榈石吸附Cd 2+的影响
在“ 污水采样和分析 ”中，将来自几个行业的废水中的二价Cd和Pb的水平制成表格。工业废水中的Cd 2+值均令人反感，远高于最近的WHO指南（0.003 mg / l）（WHO 2006），因此它们可用于评估活性炭吸附剂在实际应用中的适用性。使用NaOH-AC在pH 5.5的最佳条件，吸附剂剂量（1.5g / 50ml）和初始镉浓度（40mg / l）下从工业废水中除去该金属。吸附研究的结果如表3所示 。
镉的吸附参数值
| 样品 | Cd 2+（mg / l） | C e（mg / l） | q e（mg / l） | q t（mg / g） | ％吸附 |
|---|---|---|---|---|---|
| 一个 | 0.66 | 0.04 | 0.62 | 0.0083 | 93.94 |
| 乙 | 0.69 | 0.02 | 0.67 | 0.0089 | 97.10 |
| C | 0.82 | 0.07 | 0.75 | 0.0100 | 91.46 |
| d | 0.98 | 0.05 | 0.93 | 0.0124 | 94.89 |
| Ë | 1.02 | 0.10 | 0.92 | 0.0123 | 90.10 |
| F | 1.08 | 0.08 | 1.00 | 0.0133 | 92.59 |
| G | 1.26 | 0.22 | 1.04 | 0.0139 | 82.54 |
| H | 1.30 | 0.01 | 1.29 | 0.0172 | 99.23 |
| 一世 | 1.42 | 0.09 | 1.33 | 0.0177 | 93.66 |
| Ĵ | 2.06 | 0.44 | 1.62 | 0.0216 | 78.64 |
最佳操作条件; 吸附物浓度= 40mg / l，pH = 5.5，温度= 30℃，吸附剂剂量= 1.5g / 50ml
同样，工业废水中的Pb 2+水平也不能容忍，因为它们超过了WHO（2006）（0.01 mg / l）的限值。因此，使用刺激样品实现的最佳条件评估NaOH-AC在这些实际样品处理中的性能（表 4）。结果显着，因为最低去除效率为73.48％。通常，铅和镉的NaOH-AC的吸附容量之间没有相关性（相关系数R 2 = -0.24714），这表明吸附剂对目标金属的亲和力的变化。
铅的吸附参数值
| 样品 | Pb 2+（mg / l） | C e（mg / l） | q e（mg / l） | q t（mg / g） | ％吸附 |
|---|---|---|---|---|---|
| 一个 | 0.13 | 0.02 | 0.11 | 0.0022 | 84.62 |
| 乙 | 0.39 | 0.08 | 0.31 | 0.0062 | 79.49 |
| C | 0.52 | 0.01 | 0.51 | 0.0102 | 98.08 |
| d | 0.92 | 0.19 | 0.73 | 0.0146 | 79.35 |
| Ë | 1.18 | 0.30 | 0.88 | 0.0176 | 74.58 |
| F | 1.32 | 0.35 | 0.97 | 0.0194 | 73.48 |
| G | 2.09 | 0.22 | 1.87 | 0.0374 | 89.47 |
| H | 2.87 | 0.04 | 2.83 | 0.0566 | 98.61 |
| 一世 | 3.26 | 0.27 | 2.99 | 0.0598 | 91.72 |
| Ĵ | 4.57 | 0.08 | 4.49 | 0.0898 | 98.25 |
最佳操作条件：[Pb 2+ ] = 50 mg / l，pH = 6.0，温度= 30°C，吸附剂用量= 1.0 g / 50 ml
在用于模拟每单位吸附剂吸附的溶质量的许多吸附等温线中，作为本体溶液中的平衡浓度的函数，在恒温下评价Freundlich，Langmuir和Temkin。在这项研究中，仅通过Freundlich和Langmuir等温线获得了一致性，并且它们的镉和铅吸附参数列于表 5中。
Langmuir和Freundlich平衡参数吸附活性炭上的铅和镉
| 吸附剂 | 金属 | Langmuir参数 | Freundlich参数 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| q 最大值（毫克/克） | K L（l / mg） | R L. | R 2 | ñ | K F（l / mg） | R 2 | ||
| 氢氧化钠-AC | 镉（II） | 100 | 2.01×10 -4 | 0.999 | 0.996 | 1.00 | 0.02 | 1.00 |
| 铅（II） | 500 | 4.01×10 -5 | 0.998 | 1.000 | 1.00 | 0.02 | 1.00 | |
| KOH-AC | 镉（II） | 1000 | 2.00×10 -4 | 0.999 | 1.000 | 1.00 | 0.02 | 1.00 |
| 333 | 6.03×10 -5 | 0.997 | 1.000 | 1.00 | 0.02 | 1.00 | ||
| ZnCl 2 -AC | 镉（II） | 125 | 1.59×10 -4 | 0.992 | 1.000 | 0.99 | 0.02 | 0.99 |
| 铅（II） | 250 | 8.04×10 -5 | 0.996 | 1.000 | 1.00 | 0.02 | 1.00 | |
| 常规AC | 镉（II） | -125 | 1.60×10 -4 | 0.992 | 1.000 | 1.00 | 0.02 | 1.00 |
| 铅（II） | 167 | 1.20×10 -3 | 0.943 | 1.000 | 1.00 | 0.02 | 1.00 | |
从表中可以看出，Freundlich和Langmuir等温线是线性的，相关系数R 2在0.943-1.000范围内。先前已经报道了与这两种等温线的一致性，用于碳纳米管上的铅吸附（Li等人，2003）和邻苯二甲酸氢钾在TiO 2上的吸附（Valente等人，2006）。分离因子R L通常用于描述吸附的有利性。它基于Langmuir吸附常数：
其中K L（l / mg）是Langmuir等温线常数（可从方程（7）得到），C o（mg / l）是初始金属（II）浓度。如果R L > 0但<1，Langmuir等温线是有利的，因为在我们的研究中就是这种情况。然而，如果R L = 1或0，则这种类型的等温线分别是不利的或线性的。如近似单位相关系数所示，Freundlich等温线和Langmuir等温线都是有利的。
到目前为止，已经成功地将几种动力学模型应用于生物吸附剂上的各种吸附过程，包括Dubinin-Radushkevich，Elovich，零级，一级，二级，三级方程（Ho等人，2000）。线性伪二阶方程采用以下形式：
因此，t / q t对t 的曲线将给出具有斜率1 / q e和截距1 / k 2 q e 2的直线。在本研究中，Cd 2+和Pb 2+吸附的动力学与伪二级速率方程大致一致。来自伪二级动力学模型的吸附参数显示在表 6中。
使用自制多孔碳去除Cd 2+和Pb 2+的动力学参数
| 吸附剂 | 金属 | q e（mg / g） | 伪二阶 | |
|---|---|---|---|---|
| k 2（g / mg min） | R 2 | |||
| KOH-AC | Cd 2+ | 0.992 | 3.83 | 0.999 |
| KOH-AC | Pb 2+ | 0.985 | 12.61 | 1.000 |
| 氢氧化钠-AC | Pb 2+ | 0.993 | 1.82 | 0.999 |
主要地，伪二阶模型基于以下假设：速率确定步骤可以是化学吸附，利用吸附剂和吸附物之间的电子交换（Ho等人，2000 ; Kula等人，2008）。我们的结果有利于这种NaOH-AC和KOH-AC的动力学模型，而其余的活性炭与任何单线性模型都不一致。尽管事实上早先发现使用ZnCl 2活化制备的活性炭上Cd 2+的吸附符合伪二次动力学方案。
基本上，已经在阳离子交换，络合和扩散方面解释了吸附机理。在多孔吸附剂中，限速步骤可以是扩散。由于本研究中使用的活性炭的孔隙率，利用Weber-Morris颗粒内扩散模型研究了颗粒间扩散的影响：
其中k int是粒子内扩散速率常数。q t对t½（min½）的曲线应给出一条带有截距C和斜率k int（g / mg min 1/2）的直线。我们应用该模型的结果排除了扩散动力学的影响，并通过暗示证实了表面化学吸附的优势。
在303-323K的温度范围内进行实验后测定热力学参数。通常，吸附平衡的非均相平衡常数K c由下式给出：
其中C s（mg / l）是吸附相中吸附物的量，C e（mg / l）是溶液的平衡浓度。计算在各种温度下研究中使用的各种活性炭吸附Cd（II）和Pb（II）的K c值。的吉布斯自由能的变化（Δ的相应值ģ ö）使用的关系来计算：
类似地，那些其它热力学函数如吸附焓（Δ ħ ö）和熵变化（Δ 小号ø由关系）：
表 7示出了Δ的值G ^ ø，Δ ħ ö和Δ 小号ö在本研究中对Pb的吸附确定2+在化学活性碳纤维上。吉布斯自由能的负值表明吸附过程的热力学有利性。一般而言，在研究的温度范围内观察到吸附速率随温度的增加，这可能归因于离子物质迁移和扩散到活性炭的孔位点中的增加。由于相对于熵的高吸附焓（57-100J / mol），这些温度不足以解吸吸附相中的吸附物。该观点得到适用的伪二级动力学方案的支持，该方案预测了化学吸附。
在化学活化的碳上去除Pb 2+的热力学函数
| 温度 | 功能 | KOH-AC | 氢氧化钠-AC | ZnCl 2 -AC |
|---|---|---|---|---|
| 303 | Δ ģ Ò | -3.885 | -0.7878 | -6.89 |
| 308 | -4.151 | -0.9116 | -7.74 | |
| 313 | -4.663 | -1.332 | -8.17 | |
| 318 | -6.274 | -4.0873 | -8.58 | |
| 323 | -7.737 | -4.7771 | -9 | |
| Δ 小号 Ò | 199.5 | 230.1 | 100.8 | |
| Δ ħ Ò | 57.0 | 69.6 | 7 |
总之，来自doum palm shell的NaOH和KOH活性炭是新的，有效的吸附剂，用于从水性环境中显着去除有害水平的镉或铅。吸附受pH限制。此外，发现表面性质如结晶度，粒度和表面积对吸附剂的效率有显着影响。这些性质可以通过化学活化剂的变体容易地调整。与制备的活性炭的吸附一致的平衡吸附等温线是Freundlich和Langmuir。即使在较温暖的温度下，吸附也是化学吸附控制和热力学有利的
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