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北京果壳活性炭的离子吸附性能研究

2018-09-12 08:57:09 益达滤材 阅读

    活性炭吸附硝酸盐和铵离子,今日的内容介绍了选用固相萃取法从浓度低于1 mg / L的水溶液中别离和富集被测离子的硝酸盐,亚硝酸盐和铵离子在活性炭吸附剂上的吸附进程的研讨成果。为了断定剖析离子的浓度,咱们运用了离子色谱法。测定活性炭的吸附容量以及所研讨离子的富集功率。

    氮化合物对环境和生物的正常功用是必需的,由于氮是生物基因的一个组成部分。但是,过量的氮离子以不同的方法存在会对生态系统会发生晦气的影响,如果长时间日子在这种环境中可能对身体损害很大。这种成分存在于连续循环中。在水中,它发生无机化合物,主要是硝酸盐离子、亚硝酸盐和铵。在这些方法中,它出现在饮用水以及地表或地下水中。含氮化合物含量过高对人体是危险的,因而,有必要拟定具体的规范和条件,合适人类饮用的水。氮化合物的大允许量能够到达以下值:NO2-离子和NH4+离子为0.50mg/L,NO3-离子为50mg/L。

    这次研讨的意图是运用活性炭吸附剂从水溶液中别离和富集亚硝酸盐,硝酸盐和铵离子的可能性。咱们运用的活性炭具有非常大的外表积高达2800米2/克或与磁性纳米活性炭颗粒。以断定低于仪器剖析办法测定水平的低浓度的浓度。在咱们对硝酸根离子测定的研讨中,首要咱们运用固相萃取法(SPE),然后在定量测定中选用离子色谱技能和电导检测法。

    活性炭资料早已经被人们所了解和开发运用,而且从1929年开端次被用来净化饮用水。活性炭吸附剂具有高吸附才能,其外表积到达1000-3000m 2 / g。离子的吸附不只取决于活性炭的比外表积,还取决于外表基团的存在。活性炭的氧化可导致吸附剂外表上氧官能团的添加量,其成果是添加了活性炭外表的极性和亲水性。所运用的氧化剂以及在活性炭改性进程中适用的条件影响新出现的氧官能团的含量和性质。活性炭的外表由于其化学性质而分为两种官能团:

  1、酸性官能团,其间有羰基,内酯,酚,羧酸,无水,

  2、碱性基团如苯并二氢吡喃酮等。

    有研讨在300℃至500℃的温度范围内进行气相化学氧化或在液相中氧化的活性炭能够交流阳离子。

    在活性炭上电解质的吸附进程中能够区分的机理是:离子的等价交流,吸附剂的双电层的离子和电解质溶液中的离子之间发生的电化学交流,吸附的分子机理在电解质中存在强极化离子的情况下,活性炭外表上的物质的悉数分子是准分子的吸附机制。

    固相萃取进程是一个动态的吸附进程,可用曲线图表明,在这种情况下,称为交流的穿透曲线:C/C0=f(V)其间C是色谱柱洗脱液中离子的浓度,C0是SPE柱(初始浓度)上溶液中的离子浓度,V是SPE柱流出的洗脱液的体积。

    在这些研讨中,咱们运用活性炭和用30%过氧化氢溶液氧化的碳。在测验之前,将活性炭破碎并筛分至0.04-0.063mm的分数。然后将活性炭用浓盐酸和甲醇溶液(200ml酸和200ml乙醇)在设备中洗刷3次,然后用去离子水(3×400ml)洗刷。终将活性炭在120℃下枯燥5 h。初始活性炭的氧化在烧瓶中进行(5g活性炭+ 50ml30%H 2 O 2)。该进程在沸点下进行。活性炭在过滤器上用热的和下一个冷去离子水洗至pH〜7,然后在120℃枯燥1小时。活性炭(破碎和洗刷后的初始吸附剂)的外表积等于:1351m2/g,而用H2O2氧化后的活性炭吸附剂的外表积有1469m2/g。外表积经过(BET)办法运用气体吸附剖析仪在77K下的N2吸附数据取得。

    所研讨的离子的浓度经过离子色谱法测定。定量剖析是依据硝酸根和亚硝酸根离子的规范曲线进行的,咱们得到的测定系数(R 2)接近于1(等于0.99)。校准曲线的办法也用于测定铵阳离子的浓度。该离子的校准曲线也具有断定系数(R2)接近于1(等于0.98)。

    硝酸盐和亚硝酸根离子的吸附在装有初始活性炭或氧化活性炭的SPE柱上进行。吸附进程如下:将一部分100或500mg活性炭沉积在SPE柱中,接下来用3份2ml甲醇和2ml去离子水洗刷,然后经过SPE柱将从20ml到700ml的量的被测离子以1〜3ml/min的流速经过。经过SPE柱,所研讨的离子的各个部分进行了剖析上的离子色谱仪和接收到的活性炭的依赖图0从所施加的溶液的量(其间,c是NO浓度3-,NO 2 -,或NH4根+中的滤液的活动部别离子,C0是所剖析的离子的浓度。这个进程在的曲线上用图形表明出来,关于吸附在活性炭的NO2-离子。

    活性炭上亚硝酸根离子在SPE(c/c0=f(V))进程中的穿透曲线(m car = 0.502g,离子浓度cNO2-=0.135mg/L)。指定每10ml滤液的份额c/c0。(b)剖析经过SPE柱的每2ml洗脱液后来自活性炭的亚硝酸根离子解吸曲线(c=f(V))。

    氧化活性炭上铵离子(NH4+)的SPE(c/c0=f(V))进程中的穿透曲线。(mcar=0.104g ,离子浓度c=NH4+- = 0.661mg/L)。指定每5ml滤液的份额c/c0。(b)经过SPE柱剖析每2ml洗脱液后,来自经氧化的活性炭的铵离子解吸曲线(c= f(V))。

    研讨的第二部分触及在初始活性炭和氧化的活性炭上从水溶液中吸附铵离子的进程。在与硝酸盐和亚硝酸盐的阴离子相同的条件下进行该进程,使硝酸铵溶液经过装有测验吸附剂的SPE柱。

    在吸附进程之后,经过以下方法进行解吸进程(关于离子NO3-,NO2-和NH4+):经过SPE柱小部分(2ml)的洗脱液经过,运用相同的作为离子色谱的活动相。经过色谱剖析洗脱液的每一部分,并制作解吸曲线(洗脱曲线),即从所用洗脱相体积(c = f(V))的指定离子浓度。

    综上所述,在得到的成果的基础上,咱们能够得出结论,所研讨的吸附剂,即初始活性炭能够用来从浓度低于1mg/L浓度的水溶液中别离和富集硝酸根离子固相萃取法(SPE)。在动态吸附进程中,即固相萃取试验中,咱们取得了与理论曲线相似的打破曲线。氧化的活性炭供给了一个更高的总离子和作业容量和吸附相关于离子NO 3 -,但同时,降低了SPE中硝酸根离子收回的功率。在测验活性炭吸附铵离子的情况下,咱们取得了相似的总吸附容量值(初始和氧化活性炭吸附剂)。

从得到的成果剖析能够得出结论:

  1、SPE柱上硝酸根离子富集的功率不取决于活性炭外表上的极性基团的量,由于氧化后的活性炭官能团更丰厚收回率比未被氧化的活性炭低。

  2、而离子富集的功率并不是活性炭总离子交流容量的函数,由于氧化活性炭与离子交流的总离子浓度相关于被测离子NO3- 的富集硝酸盐离子功率简直降低了两倍(分别为97%和57%)。

    活性炭的吸附速率取决于吸附方位的可用性,而不是溶液中的离子浓度,而与双电子离子交流机理在活性炭周围构成一层,不只在其外表上存在极性官能团。另一方面,双层活性炭中离子数量的添加可能是其外表上极性官能团数目添加的成果。

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