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活性炭纤维改性及其对铅离子的吸附研究

陈春  
【摘要】:活性炭纤维(ACF)具有独特的孔结构和表面化学,对重金属铅离子有一定的吸附性能,为了进一步提高其吸附能力,采用氧化,引入含磺酸基官能团和碱化处理等方法对ACF进行了表面化学改性,并研究了改性前后样品吸附铅离子的性能。 经浓硝酸和浓过氧化氢氧化ACF制得的氧化改性ACF,通过Boehm滴定分析表明氧化改性ACF表面酸性基团明显增加,也得到了FT-IR和TG的验证。例如,ACF在60℃下H_2O_2氧化2h与原样相比酸性基团增加了141%,羧基增加了94%。通过XRD分析表明氧化没有破坏ACF的微晶结构。 对氧化改性ACF进行了羟甲基化后再引入含磺酸基官能团的改性研究。Boehm滴定分析表明含磺酸基官能团改性的ACF表面酸性基团明显增加,大约lgACF引入了0.8-1.0mmol的磺酸基并得到了FT-IR和TG的验证。 在不同实验条件下,研究了ACF、氧化改性ACF、含磺酸基ACF和Na型ACF对铅离子的吸附性能。实验结果表明:所有样品都对铅离子具有非常快的吸附速率,吸附平衡时间仅需要5-10min;改性后的样品对铅离子饱和吸附量明显提高,ACF的饱和吸附量为32.5mg/g,而氧化改性ACF、含磺酸基ACF和Na型ACF的饱和吸附量分别可以达到75mg/g,106mg/g和228mg/g,比ACF分别增加了1.3倍,2.3倍和6倍;ACF、氧化改性ACF、含磺酸基ACF的吸附等温线较好的符合Langmuir,和Freundlich吸附等温线模型,Na型ACF的吸附等温线较好的符合Langmuir吸附等温线模型;pH值对ACF吸附铅离子有较大影响,氧化改性ACF、含磺酸基ACF和Na型ACF在较宽的pH值范围内保持着对铅离子较高的吸附性能。尤其含磺酸基ACF,当铅离子初始浓度为40mg/L,pH值为3时,含磺酸基ACF对铅离子的去除率达到100%,而ACF的去除率仅为27%;所有样品在吸附铅离子过程中,受温度的影响都较小。 本文的研究表明对ACF进行表面化学改性,是提高其对铅离子吸附能力的一条有效可行的途径。


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