活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭去除土壤中的鉛

　　高濃度的鉛不僅會影響土壤的肥力,還可能造成地表和地下水污染。鉛污染不僅能對動物產(chǎn)生嚴(yán)重影響，還能通過將土壤的堿性pH值變?yōu)樗嵝詐H值來對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。土壤的酸性pH值會傷害小株植物，限制根部獲取水分和養(yǎng)分。同時，食用含鉛生物蓄積的植物，也會導(dǎo)致鉛中毒。本研究采用MgCl2用作活化劑來制成活性炭去除土壤樣品中的鉛。

　　間歇吸附實(shí)驗(yàn)

　　將等份量的活性炭(0.5g)添加到10g污染土壤(100ppm)中，并將混合物攪拌5分鐘并過夜。加入去離子水以保持其水分。之后，在分析之前，對混合物進(jìn)行消解處理。在消解過程中采用王水技術(shù)，其中1.5g處理過的土壤與16ml王水(6ml65%硝酸(HN03)和18ml37%鹽酸(HCl)混合用作試劑。然后，將混合物加熱至70℃，并使用磁力攪拌器搖晃1小時。之后，用36mL去離子水稀釋混合物，然后用0.45µm濾紙過濾混合物。過濾后的樣品用原子吸收光譜法進(jìn)行分析。

　　活性炭的制備

　　活性炭原材料被收集、洗滌并在室溫下干燥。將300g原材料在MgCl2水溶液中浸泡24小時。然后，將混合物在熱板上在通風(fēng)櫥中在75℃下加熱4小時。接下來，活化過程在馬弗爐中在500℃下進(jìn)行了一個小時。之后，將活性炭用蒸餾水洗滌至pH值為中性，然后在烘箱中在60℃下干燥24小時。制備的活性炭保存在小瓶中以備進(jìn)一步使用。從FESEM獲得的活性炭表面形態(tài)如圖1所示

　　圖1：活性炭的形態(tài)(a)放大5000x(b)放大10000x和(c)原材料。

　　鉛(Pb)污染土壤的制備

　　取天然土壤樣品并風(fēng)干三天。通過將0.25g硝酸鉛(II)稀釋在250mL蒸餾水中制備Pb(1000mg/L)儲備溶液。將原液稀釋至100ppm(250mL)的稀釋鉛溶液，將100g天然土壤樣品浸泡攪拌5分鐘，靜置過夜。接下來，過濾土壤以去除多余的溶液。重復(fù)此過程以制備具有其他濃度Pb的污染土壤，分別為50ppm、150ppm和200ppm，以進(jìn)行批量吸附實(shí)驗(yàn)。

　　能量色散X射線(EDX)光譜

　　活性炭的表面化學(xué)成分是通過使用能量色散X射線(EDX)光譜確定的。得到的光譜見圖2，C、N、0、Mg、Ca的百分比分別為7.64%、14.53%、35.31%、0.70%、41.80%。FTIR結(jié)果支持C、N和O的存在，該結(jié)果表明存在羰基和胺基團(tuán)。除此之外，高百分比的Ca表明主要是鈣的性質(zhì)。此外，光譜中出現(xiàn)Mg表明Mg化合物與碳和氧強(qiáng)烈結(jié)合。因此，無論是用熱蒸餾水還是冷蒸餾水，都不容易通過洗滌去除。

　　圖2：活性炭的EDX譜。

　　活性炭除土壤中的鉛的能力

　　原子吸收光譜法用于測定土壤中的鉛濃度。從獲得的結(jié)果來看，活性炭在所有測試的鉛污染土壤中顯示出高達(dá)-98%的鉛的高吸附能力。高吸附百分比是由于Mg2+離子和CO2-離子的存在，這有助于通過靜電吸引增強(qiáng)土壤中鉛的固定。受污染土壤中的鉛濃度很高。在活性炭中，Mg2+與土壤中的Pb2+發(fā)生離子交換。活性炭中的碳酸鈣(CaCO3)也有助于增加鉛吸附。圖3(a)說明了來自活性炭的Mg2+與土壤中Pb2+的離子交換過程，(b)是鉛污染土壤中離子交換的說明。大孔的存在也增強(qiáng)了鉛離子吸附到活性炭表面的能力，因?yàn)榇罂拙哂邢鄬�較小的比表面積，并且基本上控制了鉛離子吸附到內(nèi)部多孔網(wǎng)絡(luò)中。該研究表明活性炭可作為去除土壤中鉛的合適吸附劑。

　　圖3：(a)活性炭中的Mg2+與土壤中Pb2+的離子交換過程和(b)鉛污染土壤中的離子交換。

　　土壤中去除鉛的研究中，活性炭通過使用MgCl2作為化學(xué)活化劑并在500℃下碳化1小時而制備。研究結(jié)果表明，即使活性炭具有很小的表面積，但由于存在Mg2+和CO2-離子，因此具有去除污染土壤中鉛的高潛力。因此，這種活性炭吸附劑的潛在應(yīng)用為從土壤中去除鉛提供了一種簡單好用的方法。

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