核桃果皮基活性炭的制备及吸附性能初探

杨斌 周双

摘 要：现阶段活性炭被广泛应用在污水处理中，发挥着积极的作用，对于我国环境治理有着重要意义。基于此，本文先是研究了核桃果皮基活性炭的制备，分析了核桃果皮基活性炭的制备工艺及优化，然后研究了核桃果皮基活性炭的吸附性能，分析了核桃果皮基活性炭对于酸性染料、碱性染料以及Cu2+的吸附，以期能够提高核桃果皮基活性炭的应用，促进我国的环境治理。

关键词：核桃果皮基活性炭；制备工艺；吸附性能；污水治理

引言

我国目前水资源严重不足，水污染问题成为了困扰着我国的重要问题。随着工业化社会的不断发展，我国水污染问题日益严重，国家对于水污染的治理也十分重视。活性炭是一种以碳为主要元素的物质材料，具有强大的吸附功能，如今在污水治理中已经非常常见。使用废弃材料制备活性炭已经成为了当下重要的研究课题，因此，研究核桃果皮基活性炭的制备及吸附性能具有十分重要的现实意义。

一、核桃果皮基活性炭的制备

（1）核桃果皮基活性炭的制备工艺

在核桃果皮基活性炭的制备制备过程中，需要使用的原料是核桃外果皮，还需要准备孔雀石绿、枣红、亚甲基蓝、盐酸、硝酸铜、磷酸等等。还需要准备分光光度计、孔径分析仪、干燥箱以及振荡器。首先需要量取10克的干燥核桃外果皮，使用蒸馏水清洗干净之后，经过研磨之后进行筛取，置于烧杯中备用，使用移液管准备试剂，将其混合搅拌，经过密封处理之后需要放置在恒温水浴箱之中，在烘干之后放置在马弗炉之中，将温度升高之后，进行活化处理，等到冷却之后取出来。经过热盐酸浸泡二十分钟，使用热蒸馏水清洗至中性，需要保障没有氯元素被检测处理，抽滤烘干即可。

（2）核桃果皮基活性炭的制备优化

其中在核桃外果皮粉末和磷酸溶液的比例为1：3的时候，在160℃的条件下，浸渍处理一个小时左右，然后以每分钟升高5℃的速度升高至450℃，保持一个小时左右。后使用稀盐酸对核桃果皮基活性炭进行清洗，使用蒸馏水进行洗涤，在100℃环境中进行烘干处理。使用傅里叶红外光谱仪进行分析，核桃外果皮上具备纤维素的官能团，在经过活化处理之后，部分官能团发生氧化。使用X射线衍射仪进行分析，发现核桃外果皮的纤维素结晶区域经过活化处理之后，逐渐消失，然后形成了无定型的炭结晶区。使用扫描电镜进行观察发现，核桃果皮活化之后，表面原本平滑的部分变得粗糙，出现大量的孔隙结构，使得層状结构大量增多，这对于吸附过程的进行极为有利[1]。

二、核桃果皮基活性炭的吸附性能探究

（1）对于酸性染料的吸附性能

事实上，核桃果皮基活性炭的吸附时间、用量、浓度以及pH值对于吸附性能都有一定程度的影响。核桃果皮基活性炭经常被作为价格低廉的吸附剂投入使用，核桃果皮基活性炭作为吸附剂的最佳投加量为每升2克，在核桃果皮基活性炭pH值处于0.9～10.7之内，吸附量受到的影响较小，去除率能够达到88%以上。在温度升高时，吸附量也会增大。通过进行动力学吸附实验，可以发现核桃果皮基活性炭的吸附速率呈现出先快后慢，在吸附过程的前十五分钟，吸附速率是最快的，甚至能达到80%附近，在此之后吸附速率慢慢变小，最后趋于平衡状态。在保持温度不变的情况下，核桃果皮基活性炭是进行单分子层吸附，在逐渐升高温度的时候，初始浓度是每升350毫克，吸附量达到每克93.11毫克。经过吸附热力学实验，核桃果皮基活性炭在吸附过程中，热量是为负的，也就是说是自发进行的，如果热量变化为正数，那么就是自发的吸热。

（2）对于碱性染料的吸附性能

以碱性染料中典型的孔雀石绿和亚甲基蓝为例，核桃果皮基活性炭对孔雀石绿的最佳吸附状态下，投入量为每升1g，pH值范围处于 5～9时达到最佳效果。如果提高温度，核桃果皮基活性炭的吸附能力也会随之提高，核桃果皮基活性炭可作为孔雀石绿吸附剂，最佳投加量为每升1g，pH值控制在 6～9范围内。相反的，如果温度降低，核桃果皮基活性炭吸附亚甲基蓝的吸附量就会增加，核桃果皮基活性炭对亚甲基蓝的吸附速率呈现出先快后慢，一个小时左右达到饱和吸附量80%左右[2]。

在温度控制不变的情况下，核桃果皮基活性炭对孔雀石绿和亚甲基蓝的吸附都属于单分子层吸附，升高温度，对于孔雀石绿的吸附量也有所增加。通过吸附热力学实验，可以发现，核桃果皮基活性炭对孔雀石绿和亚甲基蓝进行的是自发过程，其中孔雀石绿是自发吸热过程，孔雀石绿是自发放热过程。因此，核桃果皮基活性炭能够作为廉价的吸附剂处理碱性染料污水。

（3）对于Cu2+的吸附性能

核桃果皮基活性炭经常被用作Cu2+的吸附剂，当投入量达到1g·L，pH值在5左右，能够实现最佳吸附效果，如果温度升高，核桃果皮基活性炭的吸附量就会越大。核桃果皮基活性炭对于Cu2+的吸附速率呈现出先快后慢的变化，在一个小时左右，能够达到平衡状态，吸附量在70%左右。核桃果皮基活性炭对于Cu2+的吸附同样是单分子层的吸附，随着温度升高，吸附量将会增大，核桃果皮基活性炭对于Cu2+的吸附同样是自发进行的，其自发过程是吸热过程。

结论

综上所述，本文首先研究了核桃果皮基活性炭的制备，然后研究了核桃果皮基活性炭的吸附性能，分析了核桃果皮基活性炭对于酸性染料、碱性染料以及Cu2+的吸附，对于酸性染料、碱性染料以及Cu2+的吸附都是自发过程，至少能够吸附70%以上的污染元素。

参考文献

[1]刘晓红，李甜甜，邓倩倩.改性核桃果皮基活性炭对Cu～（2+）的吸附[J].环境工程学报，2017，11（12）：6295-6300.

[2]党志强，刘晓红，李通，李洋洋，李希，王蒙蒙，权雷雷.核桃果皮基活性炭对2种染料吸附的动力学研究[J].杨凌职业技术学院学报，2017，16（03）：33-35.