椰壳活性炭对水溶液中铀VI的吸附研究

吴素强 刘永 何鹏

摘 要：以椰壳为原料制得活性炭C-1，采用KOH活化法对C-1改性得到活性炭C-2，通过红外分析仪、扫描电镜、粉末衍射仪等仪器对C-1和C-2进行表征。结果表明，C-2含有较多的含氧官能团，会形成新的孔隙；以铀（VI）溶液为研究目标，C-1对铀的吸附量为3.01mg/g，C-2对铀的吸附容量为3.62mg/g，Lagergren准二级动力学方程和Langmuir吸附等温式能很好的描述C-1和C-2对铀（VI）的吸附。

关键词：活性炭；铀；吸附动力学；吸附等温线

中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）07-0126-04

Abstract：Activated carbon C-1 was prepared from coconut shell，and activated carbon C-2 was obtained by modification of C-1 by KOH activation method. The characterization methods adopted by C-1 and C-2 are mainly through infrared analyzer，scanning electron microscope，powder diffractometer and other instruments. The results show that C-2 contains more oxygen-containing functional groups and forms new pores. Taking uranium（VI） solution as the research target，the adsorption capacity of C-1 for uranium is 3.01mg/g，and the adsorption capacity of C-2 for uranium is 3.62mg/g. The Lagergren quasi-second-order kinetic equation and the Langmuir adsorption isotherm can better describe the adsorption of uranium（VI） by C-1 and C-2.

Key words：Activated carbon；Uranium；Adsorption kinetics；Adsorption isotherm

活性炭作為吸附材料之一，不仅具有较大比表面积、较高孔隙率、耐高温、耐酸碱等特性，而且制作活性炭的原料来源非常广泛（如稻壳、农作物秸秆、木材等），因此，活性炭从经济价值和实际操作的可行性这两方面来看，都可以作为处理低浓度铀废水的潜在吸附剂。椰壳作为农业废弃物的一种，具有结构致密、灰分低、强度大、价廉易得等优点[4]，将椰壳做成活性炭应用于治理低浓度含铀废水方面具有广阔的发展前景。鉴于此，本研究选取椰壳活性炭作为吸附剂，通过红外分析、电镜扫描、粉沫衍射等对改性前后的椰壳活性炭进行表征，并通过吸附动力学、吸附等温平衡实验，分析其吸附机理，旨在为有效去除水中的铀（VI）提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 椰壳活性炭的制备 新鲜的椰子取自海南省，将椰子清洗干净，椰子壳和椰子皮分离，将成熟度相同的椰壳切成1cm×1cm×1cm的大小。在自然条件下风干7～14d，将一定量的风干椰子壳置于马弗炉中，在400℃下烧焦4h，冷却至室温并研磨。将得到的活性炭标记为C-1，然后按质量比1∶5的比例将10g椰壳活性炭（C-1）和KOH加入1000mL烧杯中，剧烈搅拌120min，静置24h，过滤，然后洗涤至中性。将其置于50℃的真空烘箱中48h，得到改性活性炭，命名为C-2。

1.2 分析仪器 CARY50紫外/可见分光光度计（美国Varian公司）、SHY-2A型水浴恒温震荡器（江苏金坛市医疗仪器厂）、HQ11d型pH计（美国HACH公司）.

1.3 吸附实验 根据实验方案，将质量浓度为100mg/L的铀酰溶液分别稀释到20、40、60、80、100mg/L，然后分别置于50mL容量瓶中，再往容量瓶中加入0.1g活性炭，调节pH为5.0；稀释至体积为50mL。用密封膜密封后，分别设置温度为283、298、323K，置于水浴恒温振荡器中以150r/min的转速，按照预设时间振荡，最后取水样过0.45μm滤膜后测定铀酰浓度。

2 结果与分析

2.1 FT-IR/傅里叶变换红外光谱 图1为C-1和C-2的FT-IR/傅里叶变换红外光谱，可以看出：曲线C-2的吸收峰强于曲线C-1的吸收峰，表明KOH改性的椰壳活性炭表面上的含氧官能团的数量多于未改性的。光谱曲线在1750、1656、1464cm-1处出现吸收峰，该吸收峰是由分子的C=O、C=C的伸缩振动引起的，显然，曲线C-2具有更强的峰，表明C-2表面含氧基团含量更多。由于含氧官能团是与铀（VI）络合的主要官能团，因此，C-2对铀（VI）的吸附能力更强。

2.2 扫描电镜（SEM）结果分析 图2和图3分别为C-1和C-2的表面形态图。由图2和图3可见，在KOH的氧化作用下，C-2表面更加光滑，孔隙分布相对均匀，并生成了新的孔隙。

2.3 XRD结果 图4为改性前后椰子壳的XRD分析图，该光谱中有几个突出的衍射峰。无机杂质的附着会影响吸附剂的表面活性，从而在一定程度上影响椰壳活性炭的吸附能力。由上图可知：C-2谱线在第1个位置2θ=26°，在第2个位置2θ=40°，与未改性的活性炭C-1相比，活性炭C-2在这2个位置处的衍射峰未显示出显著变化，说明改性后杂质仍然存在。

2.4 吸附实验

2.4.1 吸附动力学拟合 试验过程中，采用准一级动力学模型、准二级动力学模型来完成实验数据处理，相应的方程、模型表达式如下式。

从图中拟合结果可以看出，Langmuir吸附等温式对U022+的吸附R2值都在0.99以上，这说明C-1和C-2的吸附属于单分子层吸附。283K下的n值最大，表明在283K下活性炭对铀酰离子的吸附强度最大。

3 结论

红外分析和扫描电镜证实，改性活性炭表面含有更多的含氧官能团和较丰富的孔隙结构，有利于增强对铀（VI）的吸附；随温度的升高，椰壳活性炭对UO22+的饱和吸附量降低，这表明活性炭对UO22+的吸附是1个放热反应。Lagergren准二级速率方程能很好地拟合吸附动力学。C-1和C-2对UO22+的吸附等温线更加符合Langmuir吸附等温式，说明吸附分子之间没有作用力，属于单分子层吸附。

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（责编：王慧晴）