活性炭對亮藍(lán)染料的吸附特性

　　由于水資源的污染和稀缺，水資源危機(jī)引起了全世界的廣泛關(guān)注。來自工業(yè)和家庭活動的多種復(fù)雜污染物間接或直接排放到水體中。在這種情況下，染料是主要的有機(jī)污染物。這些化合物廣泛應(yīng)用于紡織、皮革、塑料、食品加工等產(chǎn)業(yè)。目前，可供使用的商品染料有10萬多種，估計(jì)合成染料的年產(chǎn)量約為3萬噸。這些染料中的很大一部分通常通過未經(jīng)處理的廢水排放到水體中，這是一個相當(dāng)大的污染源。染料造成的水污染一直是需要解決的主要環(huán)境問題，而磁性吸附劑似乎是解決該問題的有前途的替代品。在此，磁性活性炭通過一步法制備，經(jīng)過適當(dāng)表征，并用作吸附劑，用于去除亮藍(lán)色染料。

　　吸附是一種很有前途的技術(shù)，可以從廢水中去除有色污染物。吸附是有前途的，因?yàn)樗�具有適用于不同場景、易于實(shí)施、空間要求低、設(shè)計(jì)簡單、經(jīng)濟(jì)可行性和高效率等優(yōu)點(diǎn)。在吸附操作中，活性炭廣泛用于去除水溶液中的無機(jī)和有機(jī)污染物]。這種吸附劑具有高表面積、孔體積和豐富的表面官能團(tuán)。同時，利用木質(zhì)纖維素作為活性炭生產(chǎn)的前體材料是一種可行的替代方案，因?yàn)樗�成本低、可用性好且生態(tài)適宜。

　　磁性活性炭的特點(diǎn)

　　SEM圖像，放大倍數(shù)分別為5000倍和10000倍，分別如圖1a、b和圖1d、e所示。可以觀察到這兩種材料都有不規(guī)則的表面，存在粗糙度和一些顆粒，以及沿其表面的空腔。此外，活性炭具有更多的空腔，這是所生產(chǎn)的活性炭的表面形態(tài)之間觀察到的主要差異。這些空腔有利于在吸附過程中的應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兪沽了{(lán)分子能夠穿透吸附劑直至到達(dá)孔隙。這種空腔可以由KOH引起的分解形成。

　　圖1：(a,b)SEM圖像和(c)活性炭1的EDS光譜和(d,e)SEM圖像和(f)活性炭2的EDS光譜。

　　磁性活性炭表面的官能團(tuán)

　　圖2顯示了活性炭1(圖2a)和活性炭2(圖2b)的FTIR光譜。可以觀察到兩種材料在3431、1625和1558cm-1處的譜帶。3431cm-1處的譜帶可歸因于活性炭表面作為官能團(tuán)存在的醇、酚或羧基的O-H鍵的伸縮振動，也可歸因于吸附水的存在。1625cm-1處的譜帶可歸因于C=O鍵。在1558cm-1處，觀察到的譜帶可歸因于活性炭結(jié)構(gòu)芳環(huán)的C=C伸縮振動。除此之外，在1034e-1028cm-1處可以分別觀察到兩種活性炭的的譜帶，這是由于醇、酚或羧基中羥基的C-O伸縮振動。

　　圖2：(a)活性炭1和(b)活性炭2的FTIR振動光譜。

　　亮藍(lán)染料吸附的動力學(xué)曲線

　　研究了初始吸附物濃度為50mgL-1和pH4的兩種活性炭的亮藍(lán)染料染料吸附動力學(xué)行為。作為時間函數(shù)的吸附容量曲線分別如圖3a、b所示，分別為活性炭1和2。可以觀察到活性炭2獲得的曲線的特征在于更快的吸附速率。活性炭2在大約10分鐘內(nèi)達(dá)到平衡。對于活性炭1，在大約60分鐘內(nèi)達(dá)到平衡。由于活性炭1呈現(xiàn)的較高總孔體積，可以解釋這種行為。高孔體積可以通過允許染料分子在孔內(nèi)更快地擴(kuò)散到吸附位點(diǎn)來增強(qiáng)吸附動力學(xué)。

　　圖3：亮藍(lán)染料吸附到(a)活性炭1和(b)活性炭2上的動力學(xué)曲線。

　　驗(yàn)動力學(xué)數(shù)據(jù)適用于偽一級(PFO)和偽二級(PSO)模型。可以得出結(jié)論，PSO模型更適合代表兩種活性炭的亮藍(lán)染料吸附動力學(xué)。此外，活性炭2更快的動力學(xué)和更高的吸附能力，因?yàn)閗2和q2對于這種吸附劑，對于活性炭1的相同參數(shù)，大約高出兩倍。為了進(jìn)行比較，一些作者證明PSO模型更適合表示陰離子染料吸附的動力學(xué)數(shù)據(jù)。

　　活性炭對亮藍(lán)染料的吸附特性，從吸附研究中，觀察到活性炭之間的重要差異。活性炭2表現(xiàn)出更快的動力學(xué)并在大約10分鐘內(nèi)達(dá)到平衡。另一方面，對于活性炭1，僅在60分鐘內(nèi)達(dá)到平衡。對于這兩種吸附劑，偽二級模型很好地代表了動力學(xué)數(shù)據(jù)。關(guān)于吸附等溫線，Sips模型令人滿意地代表了數(shù)據(jù)。此外，活性炭2的最大吸附容量高于1。最后，新研發(fā)的活性炭有望用于處理含有亮藍(lán)染料的模擬廢水，去除效率分別達(dá)到93%和95%。這些結(jié)果表明，活性炭是一種很有前途的吸附劑，用于從水溶液中去除亮藍(lán)染料，效率高且易于磁分離。

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