改性活性炭的粒级对吸附金-硫代硫酸根络离子的影响研究

2023-02-06宋文强程彦玲张汉泉

中国矿业 2023年1期

关键词：硫代硫酸根粒级

余洪，宋文强，程彦玲，张汉泉，谢蕾

(武汉工程大学资源与安全工程学院，湖北武汉 430074)

4Au+8CN-+2H2O+O2→

(1)

(2)

1 实验

1.1 材料与仪器

本文采用的三种活性炭粒级分别为-0.074 mm(活性炭粉)、0.45～0.90 mm(颗粒活性炭)和0.9～3.2 mm(颗粒活性炭)，分别标记为AC1、AC2和AC3，各粒级活性炭的主要物理化学性质见表1。

表1 活性炭的技术指标

试验所用的金粉(99.99%)来自阿拉丁控股集团，五水合硫代硫酸钠、三聚氰胺、盐酸、硝酸等为分析纯，均购自国药集团化学试剂有限公司。吸附过程采用常州华邦SHY-2低速水浴恒温振荡器，热活化采用合肥科晶GSL-1500X-OTF管式气氛炉。

1.2 改性活性炭的制备

1.3 活性炭吸附金-硫代硫酸根络离子实验

取一定量配制好的模拟浸金液[14]稀释到100 mL后，放入锥形瓶中，加入1 g的活性炭，将锥形瓶置于恒温振荡器中振荡。吸附10 h时间后，取一定体积的吸附液分析金的含量。

1.4 金含量的测定

取5 mL吸附样品溶于250 mL烧杯中，加入3 mL的H2O2氧化硫代硫酸根，30 min后再滴加2 mL的1∶4(v/v)的HCl，静置30 min，在电热板上加热蒸干，溶液较少时加入2滴10%的KCl溶液并继续加热，近干时停止加热使其自然冷却，最后用5%的王水定容至25 mL，使用TAS-990AFG原子吸收分光光度计进行金元素含量测定。

1.5 活性炭的表征

活性炭孔径及比表面积测定采用美国麦克仪器公司的全自动微孔比表面积和孔隙度分析仪(Asap-2020)，分析活性炭多点BET比表面积、BJH介孔、孔分布、孔大小及总孔体积和面积等数据。采用日本电子株式会社的JSM5510LV型号的扫描电子显微镜观察样品的微观表面形貌，X射线扫描电子显微镜配备美国AMETEK的EDAX FALCON8200型号X射线能谱仪，完成活性炭表面元素分析。元素化学态分析采用X射线光电子能谱仪，能谱仪激发源为Al ka射线(hv=1 486.6 eV)，工作电压为12.5 kV，测试中全谱通能(Passing-Energy)为100 eV，窄谱为30 eV，步长为0.1 eV，分析采用结合能为C1s=284.80 eV能量标准进行荷电校正。

2 结果与讨论

2.1 未改性活性炭对金-硫代硫酸根络离子的吸附

图1 不同粒度的未处理活性炭对金的吸附量

2.2 三聚氰胺用量对改性活性炭吸附金-硫代硫酸根络离子的影响

图2 三聚氰胺用量对改性活性炭吸附影响

2.3 浸渍温度对改性活性炭吸附金-硫代硫酸根络离子的影响

图3 浸渍改性温度对活性炭吸附影响

2.4 热活化时间对改性活性炭吸附金-硫代硫酸根络离子的影响

图4 热活化时间对改性活性炭吸附影响

2.5 热活化温度对改性活性炭吸附金-硫代硫酸根络离子的影响

图5 热活化温度对改性活性炭吸附影响

2.6 活性炭表征

表2 不同粒级活性炭改性前后对负载量

2.6.1 表面形貌与元素含量分析

图6 最佳条件下三种粒级改性活性炭SEM-EDS图

表3 最佳条件下三种粒级改性活性炭EDS能谱图分析结果

2.6.2 孔隙结构表征

为了更好地了解三种粒级改性活性炭的孔结构，采用N2吸附/脱附法进一步分析了AC1-N、AC2-N和AC3-N的比表面积、孔结构和平均孔径等，结果见图7和表4。

图7(a)为AC1-N、AC2-N和AC3-N的N2吸附/脱附曲线，根据IUPAC分类可知样品的吸脱附等温线均为Ⅰ型等温曲线，在相对压力(P/P0)小于0.2时，等温线急剧上升，表现微孔的吸附行为，说明样品内含有大量的微孔。相对压力(P/P0)大于0.2时出现微小的滞回环，主要是中孔中毛细管冷凝引起的[1]，和图6结果一致。图7(b)为AC1-N、AC2-N和AC3-N的孔径分布图，样品的孔径以小于2 nm的微孔为主，除了微孔外，AC1-N在5.0 nm附近存在中孔，AC2-N存在4.4 nm的中孔。

图7 改性活性炭的N2吸附-脱附等温曲线及孔径分布图

表4 改性活性炭孔径及比表面积

2.6.3 表面元素化学态分析

由X射线扫描电镜能谱分析结果可知，由于活性炭表面元素含量较低，无法获得相关元素的含量，且元素的存在形式也无法获得。为了进一步分析不同粒级改性活性炭吸附效果的差异，对三种样品进行了XPS光谱分析，比较了表面C、N和O元素的化学形态变化。图8为改性活性炭的XPS全谱图，表5为C、N和O元素窄谱分峰拟合结果。由图8结果可知，三种活性炭表面C、O元素有较为明显的峰，N元素峰较弱，表明三种活性炭表面主要元素为C和O，N含量较少。

表5 改性活性炭XPS分析结果

图8 改性活性炭XPS全谱图

图9为C1s的XPS窄谱图分峰拟合结果。由图9可知，结合能在248.8 eV、286.0～286.12 eV、287.2～287.9 eV和290.4 eV的峰分别归属于石墨碳、C—O、C=O/C=N和含炭芳香共轭π-π*[15-16]。三种改性活性炭均具有上述四种峰，其中，芳香共轭π-π*的存在，表明N元素负载到C六元环中，形成了吡啶氮，N元素的窄谱图分峰拟合印证了吡啶氮的存在。