煤基活性炭的制备及其对有机染料罗丹明b的吸附

王星罡

(大同煤业金鼎活性炭有限公司备煤车间，山西 大同 037000 )

1 研究背景

染料广泛应用于纺织、食品、造纸、化妆品、药品和皮革等工业，作用是对各种产品进行着色。在纺织工业中，大约10%～15%的染料在染色过程后被排放到环境中，产生高度有色的污水，这会产生严重的环境问题[1-2]。另外，某些染料具有致癌作用，可能会对人体肝脏、中枢神经系统和消化系统造成损害。因此，含有染料的废水在排放前应妥善处理，目前主要使用膜分离、电化学处理、生物过程和化学氧化和吸附等方法进行处理。其中，吸附法是公认的有效分离技术，它具有以下优点：1) 可以有效去除有机和无机污染物；2) 操作简单；3) 不会造成二次污染；4) 可再生和再利用，且成本低。活性炭是一种常用的吸附剂，活性炭粉末具有高的比表面积，所以具有高吸附容量。本文选择藻酸盐与活性炭粉末复合，制备出具有高吸附性能并且成本低的吸附剂，选用有机染料罗丹明b评价海藻酸盐微球的吸附效果，通过改变吸附剂剂量、溶液pH值、MB初始浓度和接触时间，研究了不同吸附条件对吸附性能的影响[3-6]。

2 实验部分

2.1 实验材料

罗丹明b、氯化钙(CaCl2)、氯化锌(ZnCl2)、氢氧化钠(NaOH)、盐酸(HCl)，购自国药集团。

2.2 活性炭的制备

首先，将煤原料进行粉碎，使用50目(270 μm)筛子筛选出颗粒尺寸50目(270 μm)以下的原煤粉末，将样品用水洗涤除去杂质，在105 ℃的烘箱中干燥12 h。随后，将煤炭粉末与ZnCl2以1∶4(质量比)的比例混合，混合物中加入蒸馏水制成浆液，室温下搅拌6 h。然后，在600 ℃下烧30 min，将制备的样品用3 mol/L HCl溶液洗涤，再用热去离子水洗涤，在105 ℃烘箱中干燥24 h。

2.3 交联藻酸盐

在制备交联藻酸盐珠粒时，将16 g在优化条件下制备的干燥活性炭与8 g海藻酸钠混合，加入400 mL蒸馏水制备浆液。固定反应在含有0.1 mol/L CaCl2溶液的1 L烧杯中进行， 搅拌速度为450 r/min，将活性炭粉末和海藻酸钠的浆液放入50 mL滴定管中并逐滴加入到CaCl2溶液中。将玻璃粉放入CaCl2溶液中过夜以确保完全凝胶化，然后，用蒸馏水洗涤除去未结合的CaCl2。最后，将制备好的复合材料在60 ℃烘箱干燥24 h，并储存在干净的干燥瓶中备用。 复合材料是平均直径为1.94 mm(范围1.84 mm～2.12 mm)的球体。

2.4 吸附测试

在室温下将5 mg复合材料加入15 mL罗丹明b溶液(20 mg/L～100 mg/L)中，随着实验运行不同的时间取溶液上清液，用波长为664 nm的紫外可见光谱仪(双光束紫外-可见分光光度计，Shimadzu 1800)测定染料罗丹明b浓度。在每次实验结束后，从溶液中分离出复合材料。

3 结果与讨论

3.1 吸附剂剂量的影响

为了研究吸附剂剂量对罗丹明b吸附的影响，使用从0.01 g到0.10 g不同剂量的复合材料进行测试，图1显示了不同吸附剂剂量的吸附效果，其他吸附条件为：室温，50 mg/L罗丹明b，接触时间120 min，初始pH=10。图1结果表明，随着吸附剂剂量从0.01 g增加到0.10 g，罗丹明b去除率从74.3%增加到98.98%。随着剂量的增加，活性炭-藻酸盐珠上的活性位点增加，从而吸附量增加，但是，吸附效率随着吸附剂用量的增加而降低，这是由于，吸附了罗丹明b染料分子后剩余的空位较多。

图1 吸附剂剂量对吸附容量的影响

3.2 初始pH的影响

过量质子的存在会强烈影响吸附剂表面的化学状态，所以染料溶液的初始pH值是影响染料吸附性能的重要参数。图2显示了溶液的初始pH对罗丹明b吸附的影响。结果表明，复合材料对罗丹明b吸附量随着罗丹明b溶液初始pH值的增加而增加，在pH=10时达到最大值。pH值低于7时，对罗丹明b的吸附量较低，主要是由于，在溶液中存在过量的游离质子，其与罗丹明b分子竞争活性炭-藻酸盐珠粒上的吸附位点。随着溶液pH值增加到7以上，羟基离子的增加导致活性炭-藻酸盐珠上的官能团增加，罗丹明b的吸附量显著增加。因此，选择pH=10作为使用活性炭-藻酸盐珠从水溶液中除去罗丹明b的最佳pH。

图2 溶液的初始pH对吸附容量的影响

3.3 接触时间和初始质量浓度对吸附性能的影响

图3显示了接触时间对不同罗丹明b染料质量浓度(20 mg/L～100 mg/L)在活性炭-藻酸盐珠上的吸附容量的影响。随着接触时间的增加，所有不同罗丹明b染料浓度的吸附容量逐渐增加。由于活性炭-藻酸盐珠表面上的空位和活性官能团的都可用，所有浓度的罗丹明b的吸附速率一开始都很快，在接触的初始阶段，溶液中有很多的染料分子，它们具有较高的传递速率，然而，随着时间的推移，由于空位和活性官能团的饱和以及溶液中罗丹明b分子的减少，罗丹明b吸附量逐渐减小。对于较低浓度的染料溶液，溶液中罗丹明b分子的量较少，所以较早获得吸附平衡。

图3 接触时间和初始质量浓度对吸附性能的影响

4 结论

通过实验证明，本文合成的活性炭藻酸盐复合材料可以成功地从水溶液中去除罗丹明b染料。改变各种实验条件，如，吸附剂量、溶液pH值和罗丹明b染料质量浓度，得到最佳吸附性能。复合材料对罗丹明b染料的吸附效率高达230 mg/g。 吸附容量随着接触时间和罗丹明b染料初始浓度的增加而增加。