改性煤基活性炭的吸附性能试验研究

宋云飞，张立华，赵春雷

（辽宁科技大学 化学工程学院，辽宁 鞍山 114051）

煤基活性炭具有独特的孔隙结构和优良的吸附性能，是重要的吸附材料。活性炭的孔隙结构及其表面化学性质对其吸附性能有重要影响［1-4］。目前，活性炭广泛用于废水处理，根据废水处理要求，针对活性炭表面改性的研究也逐渐增多［5-6］。

对活性炭表面化学改性有多种方法，其中酸、碱改性法简单方便。用酸、碱可以溶解活性炭中的酸、碱可溶物质，但骨架结构不被破坏，改性后的活性炭比表面积增大，对有机物的吸附量增大［7］。试验研究了淮北大华公司生产的煤基活性炭的酸、碱改性处理，并比较了改性前后活性炭对四氯化碳、苯的吸附能力，考察了用改性活性炭处理含Pb2＋废水的效果。

1 试验部分

1．1 试验原料及设备

活性炭，淮北大华公司生产；苯，四氯化碳，硝酸，氢氧化钠，均为分析纯，天津市富宇精细化工有限公司产品。

电子天平，FA2004N，上海精密科学仪器有限公司；循环水式真空泵，SHZ-C，河南巩义；孔径测定仪，美国 ASAP 2020；磁力加热搅拌器，79-1，江苏大地自动化仪器厂；气体流量计，SQL-2型，长春市仪表厂。

1．2 活性炭酸、碱改性

1．2．1 活性炭预处理

称取一定量活性炭，加适量去离子水，室温下搅拌1h后过滤；再加去离子水，搅拌1h后过滤；同样方法洗涤2次。110℃下恒温干燥4h后置于干燥器中备用。

1．2．2 活性炭酸改性

取预处理活性炭4份，分别加入浓度为0．676 2、1．127 0、1．577 8、2．254 0mol／L 的HNO3溶液，100℃下搅拌2h，过滤后用水洗涤至中性。110℃下恒温干燥4h后置于干燥器中备用。

1．2．3 活性炭碱改性

取预处理活性炭4份，分别按碱炭质量比2∶1、3∶1、4∶1、5∶1充分混匀，100℃下混合搅拌2h，过滤后用水洗涤至中性。110℃下恒温干燥4h后置于干燥器中备用。

1．3 活性炭吸附能力测定

按 GB／T 7702．6—1997、GB／T 7702．13—1997—T，测定活性炭对四氯化碳的吸附量；

活性炭在150℃下烘干4h，冷却后用自制装置测定活性炭对苯的吸附量。

1．4 活性炭的物性测试

用ASAP2020孔径测定仪测定改性前后活性炭的吸附规律并确定等温吸附曲线，借助吸附等温线计算活性炭比表面积、微孔孔容等参数。

1．5 活性炭吸附含Pb2＋废水性能测定

取原活性炭、酸改性活性炭、碱改性活性炭各2g，在室温下处理25mL Pb2＋质量浓度为100 mg／L的废水，以分光光度法测定吸附前后溶液中Pb2＋质量浓度。

2 试验结果与讨论

2．1 改性前后活性炭的吸附性能

2．1．1 酸改性活性炭的吸附性能

按试验方法用硝酸对活性炭进行改性，然后用酸改性活性炭吸附四氯化碳和苯。试验结果如图1所示。

图1 硝酸浓度对改性活性炭吸附性能的影响

由图1看出：酸改性活性炭对四氯化碳的吸附能力明显增强；硝酸浓度为0．676 2mol／L时，酸改性活性炭的吸附量达最大，为63．18mg／g；但随HNO3浓度增大，酸改性活性炭对四氯化碳的吸附量降低；酸改性活性炭对苯的吸附能力变化不大。

2．1．2 碱改性活性炭的吸附性能

用不同浓度的NaOH溶液改性活性炭，然后用于吸附四氯化碳和苯。试验结果如图2所示。

图2 NaOH用量对改性活性炭吸附性能的影响

由图2看出，经NaOH改性的活性炭对四氯化碳的吸附量改变明显：碱炭质量比为3∶1时，改性活性炭对四氯化碳吸附量最大，为49．3mg／g；而碱炭质量比大于5∶1以后，吸附量明显降低。

碱改性活性炭对苯的吸附量比未改性活性炭对苯的吸附量要小，且随碱炭质量增大，对苯的吸附量减小。因此，采用活性炭吸附苯时，可不必对其用碱处理。

2．2 活性炭物理结构表征及分析

改性前后的活性炭比表面积和孔结构参数见表1。可以看出，活性炭经酸改性后比表面积有所增大，而经碱改性后比表面积变化不大。

表1 改性前后活性炭比表面积和孔结构参数

2．3 活性炭的孔径分析

利用孔径测定仪测定活性炭改性前后的孔径分布，结果如图3所示。

图3 改性前后活性炭的孔径分布

由图3看出：活性炭经硝酸、氢氧化钠改性后，孔径分布曲线基本没有变化，即酸碱改性没有改变活性炭孔的大小；但改性后比表面积有所增大，说明活性炭孔数量有所增加。

2．4 活性炭处理含铅废水

用3种活性炭吸附处理含Pb2＋溶液（ρ（Pb2＋）＝100mg／L）。经分光光度法检测，相同条件下，原活性炭、酸改性活性炭、碱改性活性炭对 Pb2＋的吸附脱除率分别为99．14%、99．69%、99．14%，处理后溶液中 Pb2＋质量浓度分别为0．862 3、0．306 2、0．856 9mg／L，表明酸改性活性炭处理含Pb2＋废水的效果更好。

3 结论

用硝酸和氢氧化钠对活性炭进行改性，改性后的活性炭比表面积增大，孔数量增加，对四氯化碳的吸附量增大，对苯的吸附量影响不大。用浓度为0．676 2mol／L的硝酸改性后的活性炭对四氯化碳的吸附量最大，为63．18mg／g；碱炭质量比为3∶1时，碱改性后的活性炭对四氯化碳的吸附量最大，为49．3mg／g。酸改性活性炭可用于处理含Pb2＋废水。

［1］王秀芳，张会平，肖新颜，等．高比表面积活性炭研制进展［J］．功能材料，2005，36（7）：975-977．

［2］彭怡，古昌红，傅敏．活性炭改性的研究进展［J］．重庆工商大学学报（自然科学版），2007，24（6）：577-580．

［3］张健，王奇，景建军，等．煤气脱萘用活性炭的选择［J］．湿法冶金，2014，33（1）：67-70．

［4］肖瑞华，白金锋．煤化学产品工艺学［M］．北京：冶金工业出版社2010：36-41．

［5］黄伟，孙盛凯，李玉杰，等．硝酸改性处理对活性炭性能的影响［J］．生物质化学工程，2006，40（6）：17-21．

［6］陈孝云，林秀兰，魏起华，等．活性炭表面化学改性及应用研究进展［J］．科学技术与工程，2008，8（19）：5463-5467．

［7］李立清，石瑞，顾庆伟，等．酸改性活性炭吸附甲苯性能的研究［J］．湖南大学学报（自然科学版），2013，40（5）：92-98．