发布日期：2018-11-10 11:17 来源：活性炭网 作者：活性炭网 浏览数：
在这项工作中，进行了批量吸附实验，以研究制备的酸活化碳在去除重金属离子如镍（II），铅（II）和铬（VI）中的适用性。 在类似的活化过程中使用磷酸从油棕榈和椰子壳获得酸活化
环境污染的生态危机被归咎于不同的问题，其中金属或其物种在环境中造成的污染是主要问题。重金属污染会影响生态系统中的植物，动物和其他非生物成分。当这些毒素在我们体内积聚时，它们会阻断必需矿物质的受体位点，因此铁，钙和镁等矿物质不能被利用和吸收，从而起到导致酶功能障碍，营养缺乏，荷尔蒙不平衡，神经系统的身体和酶功能的作用。紊乱，损害大脑化学，甚至可以导致自身免疫紊乱，癌症和其他使人衰弱的慢性疾病。对于短期和长期的毒性影响，大多数国家通过适当立法严格规定饮用水以及市政和工业排放中重金属的最大允许浓度。最终，对饮用水和废水的重金属法规变得越来越严格，传统的水处理方法变得昂贵或效率低下。许多研究人员已经证实了这一点[1 - 3 ]为木质纤维素农业废弃物，特别是坚果壳，都是很好的候选者作为用于从水溶液中去除重金属离子的前体。马来西亚生产大量油棕榈和椰子壳作为农业废弃物。这些低成本的农业废弃物作为碳前体的使用是非常有前途的[ 4 - 6]，但它们作为金属离子清除剂的用途很少见。在这项研究中，活性炭由油棕和椰子壳制备，使用磷酸低温活化，适合去除重金属离子。由随后的酸活性炭改性制备水合氧化铁分散的活性炭。通过开发的吸附剂测试了镍和铅的二价阳离子以及六价铬的氧阴离子的去除。将吸附平衡和动力学数据拟合到各种模型以评估和比较商业活性炭的性能。
通过Boehm滴定法测定并定量分析在制备的活性炭，PSW-P-500和PSW-P-ad-500和商业活性炭，商业活性炭（CAC）表面上的碱中和能力和酸性基团，结果为表1列出。在文献中，假设NaHCO 3检测到的强酸性基团仅为羧基。然而，使用H 3 PO 4制备的活性炭可能含有强酸性羟基（-OH），因为存在附着在表面上的含磷酸[ 3 ]。因此，H 3 PO 4消耗NaHCO 3活性炭将羧酸以及亚磷酸定量为强酸性基团。除了强酸性基团（表1中的第I组）之外，碳酸钠能够检测内酯。除了内酯之外，在碳表面上附着的具有中等强度的含磷酸也可以参与与Na 2 CO 3的中和反应。除了先前描述的基团之外，氢氧化钠可以检测酚和膦酸，而除了所有其他描述的基团之外，乙醇钠（NaOEt）可以检测羰基。
通过Boehm滴定法测定活性炭表面的碱中和能力和酸性基团的定量。
| 样品 |
基础吸收（meq·g -1）
|
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|---|---|---|---|---|
| NaHCO 3 | Na 2 CO 3 | 氢氧化钠 | 乙醇钠 | |
| PSW-P-500 | 1.0 | 3.0 | 4.5 | 4.5 |
| PSW-P-AD-500 | 1.0 | 3.0 | 4.5 | 4.8 |
| CAC | - | - | 0.5 | - |
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| 样品 |
酸性基团定量（meq·g -1）
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| 第一组 a | 第二组 b | 第三组 c | 第四组 d | |
| PSW-P-500 | 1.0 | 2.0 | 1.5 | - |
| PSW-P-AD-500 | 1.0 | 2.0 | 1.5 | 0.3 |
| CAC | - | - | 0.5 | - |
CAC可以仅摄取非常少的NaOH，这表明其由于醌中的酚和酮基团而具有较弱的酸性，这与FTIR一致。Boehm滴定结果表明，油棕壳衍生活性炭（4.5-4.8 meq·g -1）的总酸度远高于CAC（0.5 meq·g -1）。
使用pH漂移法测定pH ZPC的实验结果如图1所示。此处，将活性炭的平衡pH（pH f）相对于具有恒定离子强度（0.01M NaCl）的溶液的初始pH（pH i）作图。将溶液的初始pH值与通过一定量的吸附剂平衡的最终pH值相交的点的pH称为pH ZPC。制备的活性炭的低得多的pH ZPC表明它们具有非常酸性（参见表2）。由于CAC 的pH值ZPC为6.4，因此不含强酸性基团，这与Boehm的滴定一致。
通过（A）平衡和初始pH的交叉点的pH ZPC测定曲线产生活性炭和（B）商业活性炭。
使用pH漂移法从交叉点获得活性炭的pH ZPC。
| SL。没有。 | 活性炭 | pH ZPC |
|---|---|---|
| 1 | PSW-P-AD-500 | 3.1 |
| 2 | PSW-P-500 | 3.3 |
| 3 | CAC | 6.4 |
测试pH的影响以评估吸附的可行性和机理。由于活性炭的基础结构单元或石墨层被认为比表面官能团更软[ 7 ]，因此软离子对边界金属离子吸附的竞争效应非常有趣。Cu（II），Ni（II）的吸附作为边界[ 8 ]; IUPAC，2002 [ 9 ]和Pb（II）作为软离子IUPAC，2002 [ 9 ]是从多溶质溶液中进行的，以确定选择性顺序。
pH值ZPC通过pH值滴定以下那Periasam的确定等。[ 10 ]和Parfitt 等人的电位滴定法。[ 11 ]和Tewari [ 12 ]。两种方法都提供了精确的pH值zpc。据报道，对于大多数应用，碳的pH值在4到8之间是可接受的[ 13 ]。进一步确定所产生的活性炭表现出高级可用碳材料的特征。该pH值zpc在3.1和6.4meq·g -1之间，表明表面释放H +只有当溶液的pH值高于5.5±0.1meq·g -1时才离子进入本体，当溶液pH值低于5.0±0.1meq·g -1时，表面变为正极。因此表明，在5.0±0.1meq·g -1的pH以下，水比氢氧基更多地提供质子，因此吸附剂表面带正电（吸引阴离子）。相反，在pH高于5.0±0.1meq·g -1的情况下，表面将带负电（吸引阳离子/排斥阴离子）。溶液的pH值升高到5.0±0.1meq·g -1以上，Pb（II）和Ni（II）离子的表面和吸附物之间的静电吸引力越高。很明显，在颗粒状碳的情况下（考虑到给定的颗粒床），用H 3 PO 4活化产生更高比例的微孔和中孔，但是更大比例的宏观孔隙率。
图2和AND33示出的Ni（II）和Pb（II）的Langmuir和Freundlich吸附等温线，用于初始pH值为5，由各种活性炭。为镍（II）和Pb（II）的吸附的物理参数是从所述线性朗缪尔（确定图2B，C和3B，C）和Freundlich（图2D和and3D）3D）等温线和在表列表3。其中一种制备的活性炭PSW-P-ad-500（衍生自棕榈壳的半干浸渍原料）显示出显着更高的Ni（II）吸附能力（图2A，D））。根据Giles 等人的分类，所有制备的活性炭对Ni（II）具有更高的亲和力，如H型非线性Langmuir等温线（图2A）所示。[ 14 ]。H型类也显示出低浓度的完全吸附。制备的活性炭对Ni（II）的较高亲和力意味着磷酸活化增强了金属离子去除能力。
（A，B，C）Langmuir和（D）通过各种活性炭在初始pH 5下Ni（II）的Freundlich吸附等温线，同时初始浓度变化，6-227mg·L -1。
（A，B，C）Langmuir和（D）Freundlich在初始pH 5下通过各种活性炭吸附Pb（II）的等温线，同时初始浓度变化，<50至<600mg·L -1。
Langmuir和Freundlich参数用于在初始pH 5下吸附Ni（II）和Pb（II）。
| 吸附剂 | 金属离子 | Langmuir参数 | Freundlich参数 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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| q 最大值（毫克·克-1） | B（L·mg-1） | K L（L·g-1） | [R 2 | K F | ñ | [R 2 | ||
| PSW-P-AD-500 | 镍（II） | 19.61（0.334） | 0.149 | 2.92 | 0.996 | 9.28 | 6.88 | 0.937 |
| CPW-P-500 | 12.18（0.208） | 0.422 | 5.14 | 0.999 | 9.59 | 21.98 | 0.835 | |
| PSW-P-500 | 10.83（0.185） | 0.287 | 3.11 | 0.996 | 5.68 | 8.00 | 0.936 | |
| CAC | 3.18（0.054） | 0.131 | 0.42 | 0.970 | 0.64 | 3.06 | 0.864 | |
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||||||||
| PSW-P-AD-500 | 铅（II） | 63.69（0.307） | 0.07 | 4.44 | 0.989 | 22.69 | 5.73 | 0.937 |
| CPW-P-500 | 73.53（0.355） | 0.05 | 3.92 | 0.997 | 18.19 | 4.20 | 0.943 | |
| PSW-P-500 | 74.63（0.360） | 0.09 | 6.46 | 0.998 | 19.74 | 4.17 | 0.929 | |
| CAC | 23.42（0.113） | 0.02 | 0.46 | 0.977 | 6.62 | 5.49 | 0.775 | |
所有Langmuir等温线的相关系数值表明该模型在整个实验研究范围内非常适合所有吸附平衡数据。因此，假设吸附涉及金属离子直接接触酸活性炭的表面，因此进行到单层覆盖。用于去除水溶液中的Ni（II）的吸附剂的性能归因于最大单层吸附容量q max并且以CAC << PSW-P-500 <CPW-P-500 << PSW-P-ad给出-500。所有制备的活性炭显示出更高的吸附容量以及对Pb（II）的更强亲和力，这从H型等温线也是明显的（图2A）。
商业活性炭对Pb（II）具有相对较低的亲和力。使用观察到的q max对制备的和商业活性炭的Pb（II）的去除能力的比较根据它们的性能确定吸附剂的顺序，在实验研究范围内，如CAC <PSW-P-ad-500 < CPW-P-500≤PSW-P-500。所有活性炭的吸附数据也很好地适用于Freundlich模型，但使用Langmuir模型观察到最佳拟合。商业活性炭对Ni（II）的非常低的亲和力也从Freundlich常数K F和“ n ” 的显着较低的值中得到认可。最高吸附量（q max通过由“湿原料”制备的一种活性炭观察到Pb（II）。由于两个活性炭的，一个来自棕榈壳，PSW-P-500和其他从椰子壳，CPW-P-500，从该湿的原料得到的，它们具有相同的吸附能力，q 最大值为铅（II） 。K F和“ n ” 的相对较高的值表明Pb（II）更强地结合在PSW-P-ad-500的表面上。用于饮用水净化的吸附剂的有效性取决于其在低浓度下对重金属离子的完全去除效率。因此模型参数（q max，K F和n）表明制备的活性炭PSW-P-ad-500在该实验中在低浓度范围内去除重金属离子如Ni（II）和Pb（II）方面是最好的。在低浓度下除去Ni（II）和Pb（II）的平衡浓度和分数示于表4中，以验证酸活化的碳的适用性。
初始和平衡浓度，以及在pH5的低浓度范围内除去Ni和Pb的二价阳离子的分数.ND =不可检测/（可忽略的量）。
| 吸附剂 | 金属离子 | 初始浓度C 0（mg·L -1） | 平衡浓度C e（mg·L -1） | 去除％ |
|---|---|---|---|---|
| CAC | 镍（II） | 6.06±0.05 | 4.14±0.02 | 31.7±0.5 |
| 30.6±0.3 | 27.21±0.21 | 11±1 | ||
| PSW-P-500 | 6.06±0.05 | ND | 100 | |
| 30.6±0.3 | 15.05±0.11 | 50.9±0.4 | ||
| CPW-P-500 | 6.06±0.05 | ND | 100 | |
| 30.6±0.3 | 9.76±0.02 | 68.2±0.2 | ||
| PSW-P-AD-500 | 6.06±0.05 | ND | 100 | |
| 30.6±0.3 | 6.71±0.11 | 78.1±0.6 | ||
|
|
||||
| CAC | 铅（II） | 48.7±0.2 | 22.4±0.9 | 53±2 |
| 71.6±0.6 | 46±1 | 34±2 | ||
| PSW-P-500 | 48.7±0.2 | 3.8±0.9 | 92±2 | |
| 71.6±0.6 | 6±1 | 92±1 | ||
| CPW-P-500 | 48.7±0.2 | 4.7±1.2 | 90±2 | |
| 71.6±0.6 | 6.5±1.6 | 91±2 | ||
| PSW-P-AD-500 | 48.7±0.2 | 2.2±0.7 | 96±2 | |
| 71.6±0.6 | 6.5±0.2 | 91±0.3 | ||
表5和图4显示，多种组分的吸收能力遵循Pb≥Ni>> Cr的趋势，这与这些金属的上升电负性分别为1.85,1.854和1.60（来自周期表根据鲍林）由于活性炭带负电，三种吸附物之间静电吸附的可能性与其电负性成正比。
多组分（Pb，Ni和Cr）去除率与1.0 g·L -1剂量PSW-P-ad-500的最终pH值的比较。
多种成分（Pb，Ni和Cr）在不同pH值下的吸附容量（PSW-P-ad-500碳剂量为1.0 g·L -1）。
| 组件 |
去除率（％）
|
|||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| pH = 3 | pH = 4 | pH = 5 | pH = 6 | pH = 7 | pH = 8 | pH = 9 | pH = 10 | |
| C 0（Pb）= 10ppm | 16 | 40 | 70 | 80 | 86 | 100 | 100 | 97 |
| C 0（Ni）= 3ppm | 10 | 36 | 58 | 80 | 82 | 95 | 97 | 95 |
| C 0（Cr）= 5ppm | 五 | 五 | 25 | 55 | 70 | 78 | 65 | 64 |
基于批量平衡研究，所研究的三种重金属的吸收能力似乎对Pb最大，其次是Ni，然后是Cr。溶液中存在多种重金属促进了它们在吸附过程中的竞争。通过以摩尔为基础检查单组分实验中三种重金属的吸收，实现的最大去除是Pb，紧接着是Ni，然后是Cr。在相同碳剂量为1.0 g·L -1的多组分实验中，人们可以发现Pb的吸收能力大于Ni，其次是Cr。总之，Cr受到其他重金属存在的显着影响。Ni的影响程度较轻。令人惊讶的是，Pb的去除率已经提高，如表5所示。
如表面复合物形成模型（SCF）[ 15 ] 中所述，溶液的pH在阳离子和阴离子的吸附中起重要作用。根据该模型，活性炭的表面官能团可以模拟为单一的弱二元酸，并且可以通过以下表面反应来表示：
其中，符号（SO -）代表表面的活性位点，H s +是固体表面质子的活性。因此，溶液pH的增加会从表面释放质子，从而暴露出更多的负面位点（SO -）以结合更多的阳离子。相反，pH的降低使表面质子化，从而在碳上暴露出更多带正电的位点以结合更多的阴离子。研究了pH值对Cr（VI）氧阴离子吸附在各种吸附剂上的影响，在3~8的不同pH值下，初始浓度保持在~40 mg·L -1，结果以吸附表示。图5中的抗pH能力。除改性后的所有吸附剂在pH 3下均显示出相同的吸附容量，而容量随pH的增加而降低。三种酸活性炭的吸附容量在pH 3~5范围内几乎相似。商品活性炭的吸附容量在6~8的pH范围内大大降低。虽然酸活性炭的改性使其结合在水合氧化铁的质子化表面上更多的Cr（VI），其容量被发现更低。所有制备的吸附剂在5-8的pH范围内具有比商业吸附剂显着更高的吸附容量。从图3中可以看出，pH值zpc表明H +的表面释放只有当溶液的pH值高于5.5±0.1时才会发生离子注入，而当溶液的pH值低于5.0时，表面会变为正极。因此表明，在pH 5.0以下，水比氢氧基更多地提供质子，因此吸附剂表面带正电（吸引阴离子）。其中一种活性炭PSW-P-ad-500和改性吸附剂C-HFOCa-1的吸附容量随着pH值从6变化到8而保持稳定，这可能是由于粘接强度较强。
各种活性和改性碳对Cr（VI）的吸附能力在pH值从3到8之间变化时保持初始浓度恒定在~40 mg·L-1。
通过将吸附平衡数据拟合到Langmuir和Freundlich模型，将一种酸活化的碳PSW-P-ad-500对Cr（VI）的吸附行为与商业吸附行为进行了比较。图6a，b显示了非线性和线性Langmuir吸附等温线，而图7显示了Freundlich等温线。等温线表明，低浓度区酸活性炭的吸附容量较高，而高浓度区的商用活性炭吸附容量较高。模型参数如表6所示。所有数据都适用于Langmuir和Freundlich模型。低浓度区域中较高的吸附容量表明结合Cr（VI）的结合强度较强，以及用于饮用水净化目的的吸附剂的相对较高的适应性。在低浓度范围内除去Cr（VI）的平衡浓度和馏分示于表7中，以显示酸活性炭相对于商业上的适用性。
在初始pH 3时，Langmuir通过活性炭，CAC和PSW-P-ad-500对Cr（VI）的吸附等温线，同时初始浓度在40至<600 mg·L-1之间变化。（a）非线性Langmuir吸附等温线; （b）线性Langmuir吸附等温线。
活性炭，CAC和PSW-P-ad-500的Cr（VI）的Freundlich吸附等温线，在初始pH 3时，初始浓度从40到<600 mg·L-1变化。
Langmuir和Freundlich模型参数用于吸附Cr（VI）。
| 吸附剂 | Langmuir参数 | Freundlich参数 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
|||||||
| q 最大值（毫克·克-1） | b（L mg -1） | K L（L·g -1） | [R 2 | K F | ñ | [R 2 | |
| PSW-P-AD-500 | 46.30（0.89） | 0.334 | 15.46 | 0.990 | 17.01 | 3.22 | 0.996 |
| CAC | 70.92（1.36） | 0.092 | 6.52 | 0.984 | 28.57 | 8.91 | 0.807 |
在pH3下以低浓度的活性炭去除Cr（VI）的初始和平衡浓度和分数.ND =不可检测/（可忽略量）。
| 吸附剂 | 初始浓度C 0（mg·L -1） | 平衡浓度C e（mg·L -1） | 去除率（％） |
|---|---|---|---|
| CAC | 39.9±0.2 | 2.5±0.3 | 93.7±0.8 |
| 59.4±0.2 | 4.36±0.09 | 92.6±0.2 | |
| PSW-P-AD-500 | 39.9±0.2 | ND | 100 |
| 59.4±0.2 | 0.7±0.0 | 98.9±0.0 |
PSW-P-ad-500对Ni（II），Pb（II）和Cr（VI）的吸附动力学数据很好地拟合了Freundlich和Langmuir模型（图8）。确定动力学模型参数，例如速率常数，k 2ad和计算的吸附平衡容量q e，并列于表8中。一阶反应模型用于检查所有结果，但相关系数不高。然而，伪二阶的速率定律可以用非常高的相关系数来固定。金属离子在吸附剂上的吸附可以是伪二阶过程而不是一阶过程。
Ni（II），Pb（II）和Cr（VI）吸附的拟二级动力学模型的线性图，其初始浓度保持恒定在43±2,95.2±0.5和77.4±0.8 mg·L分别为-1，接触时间为0.5至72小时。
速率常数，计算吸附平衡容量和各种金属离子吸附到活性炭上的相关系数，PSW-P-ad-500。
| 金属离子 | k 2ad（g·mg -1 ·h -1） | q e（mg·g -1） | [R 2 |
|---|---|---|---|
| 镍（II） | 0.052 | 15.97 | 0.998 |
| 铅（II） | 0.090 | 39.5 | 1.000 |
| 铬（VI） | 0.010 | 33.78 | 0.997 |
相应相关系数的较高值表明Freundlich和Langmuir模型非常好地拟合了所有动力学数据。
用于预处理和浸渍原料的试剂是购自Merck（Darmstadt，Germany）的硫酸（98％）和购自Mallinckrodt（Utrecht，荷兰）的磷酸（85％）。用于制备金属离子溶液，改性碳和检测Cr（VI）的化学品和试剂是硝酸镍（II）六水合物（Fluka），硝酸铅（II）（Riedel-deHaën）和重铬酸钾（Merck），硝酸（65％，Merck），盐酸（37％，Mallinckrodt），氢氧化钠颗粒（Merck），氯化铁（III）-6-水合物（Hamburg Chemicals），氢氧化钙（II）（GCE），氯化钠（Merck） ），1,5-二苯卡巴肼（Merck）和丙酮。所有化学品和试剂均为分析级。
商业活性炭“Aktivkohle”（缩写为CAC）得自德国Riedel-deHaën。从当地棕榈油加工厂收集油棕仁壳（P），然后用自来水反复洗涤，然后在阳光下干燥。使用机械研磨机粉碎干燥的棕榈仁壳，并筛分至选定的1.18-2.36mm的粒度。将选择的粉碎颗粒在桶中浸入30％硫酸（-SW-）水溶液中24小时，然后洗涤并干燥。该步骤作为预处理掺杂。
在活化之前，将制备的原料用42.5％H 3 PO 4水溶液（-P-）浸渍，重量比为1：1（对H 3 PO 4）在不同浸渍条件下，在100％纯度的基础上）。浸渍的原料的物理状态，或者通过浸渍溶液润湿或者以一定程度的干燥形式（例如，通过蒸发，在加入炉中之前显然/半干燥[-ad-]）是被称为充电状态。在置于Carbolite马弗炉中的瓷砂锅中进行活化。活化温度下的停留时间保持在1小时。活化后，将产物在索氏提取器中用蒸馏水彻底洗涤至约中性。通过添加几滴30％的Pb（NO 3）2溶液确认从造粒产物中除去所有粘附的磷酸盐。到冲洗过的水。最后，将产物在110℃的烘箱中干燥过夜并储存用于随后的表征和吸附研究。准备变量如表9所示。
在马弗炉中使用H 3 PO 4从油棕壳获得的活性炭的制备变量。
| 产品代码 | 注入 | 激活 | ||
|---|---|---|---|---|
|
|
||||
| 浸泡时间（h） | 充电状态 | 斜坡（°C / min） | 温度（°C） | |
| PSW-P-500 | 02 | 湿 | 20 | 500 |
| PSW-P-AD-500 | 02 | 半干燥 | 20 | 500 |
根据研究预处理对油棕石的影响的Guo和Lua [ 16 ]，从5％-30％H 2 SO 4预处理的样品中可以看出酸性基团发育良好。在预处理步骤中使用30％的H 2 SO 4溶液以增强表面酸度。为了最大化内表面积的发展以及增强各种酸性表面基团的发展，还用30％H 3 PO 4研究了预处理。一些文献表明，由木质纤维素前体与H 3 PO 4制备的活性炭和空气具有由于氧的存在非常高的金属离子的吸附容量和磷轴承酸性基团[ 1 - 3 ]。
从反应机理的角度研究了纤维素水解过程中结构性质及其变化对酶水解速率的影响。重要发现如下：（1）部分结晶纤维素的结晶度指数随着水解反应的进行而增加，酶水解过程中反应速率的显着减慢在很大程度上归因于纤维素的这种结构变化。基质; （2）完全无序的纤维素的结晶度，如磷酸处理的纤维素，没有显着变化，并且在水解过程中保持相对高的水解速率; （3）部分结晶纤维素的比表面积（SSA）在酶水解过程中显着降低，而再生纤维素的SSA变化可忽略不计; （4）高度有序的结晶纤维素的聚合度（DP）值实际上保持恒定，而无序再生纤维素的DP变化非常显着; （5）这些结构效应以及纤维素吸附，产物抑制和纤维素酶失活的组合都对纤维素水解过程中纤维素酶反应的速率具有重要影响。已经获得了两相模型的更多实验证据，该模型基于纤维素酶复合物在结晶相和无定形相上的同时作用而降解纤维素。
从油棕和椰子壳制备三种活性炭。收集，洗涤，干燥，压碎和筛分壳至1.18-2.36mm的粒度。在用42％H 3 PO 4水溶液浸渍之前，对所选颗粒进行酸洗重量比为1：1，称为预处理。浸渍的原料的物理状态被称为充电状态，其被溶液润湿或通过蒸发溶液半干燥，然后装入炉中。碳化在500℃下进行，保持时间为1小时，放置在马弗炉中的瓷砂锅中。根据产品规格（型号：ELF 11 / 6B，Barloworld Scientific，Stone，Staffordshire，UK），Carbolite马弗炉的腔室不是气密的。为了通过同时活化/氧化来提高金属离子吸收能力，将酸预处理的前体用磷酸浸渍并在Carbolite马弗炉中碳化。使用能量色散X射线分析（EDAX）测定碳-HFO复合材料中的铁含量，发现平均为7.5％的Fe。在Soxhlet装置中将产物彻底洗涤至约中性，然后在110℃的烘箱中干燥并储存。准备变量描述于表10。
在马弗炉中碳化的活性炭的制备变量。
| 产品代码 | 原料 | 前处理 |
浸渍条件
|
|
|---|---|---|---|---|
| 充电状态 | 联系时间（h） | |||
| CPW-P-500 | 椰子壳 | 30％H 3 PO 4 | 湿 | 02 |
| PSW-P-500 | 棕榈壳 | 30％H 2 SO 4 | 湿 | 02 |
| PSW-P-AD-500 | 棕榈壳 | 30％H 2 SO 4 | 半干 | 02 |
对一种制备的活性炭PSW-P-500进行改性，以制备复合吸附剂C-HFOCa-1，对Cr（VI），As（III），As（V）和Se（IV），Se（VI）种。改性方法在酸性条件下，随后通过将药物包封中的Fe（III）离子以Fe（OH）由装载和分散的Fe（III）在碳的孔隙的3用Ca（OH）沉淀物2，然后洗涤，并进行热处理以转化为水合氧化铁（HFeO）。
通过溶解适量的每种盐，硝酸镍（II）六水合物，铅（II）制备浓度为1000 mg·L -1的Ni（II），Pb（II）和Cr（VI）物质的储备溶液。）使用去离子蒸馏水（DDW）分别测定硝酸盐和重铬酸钾。通过随后稀释各储备溶液制备各种浓度的测试溶液。使用HNO 3和NaOH 将测试溶液的初始pH调节至选定的值。从各标准溶液（1000mg·L -1）的稀释液制备Ni（II）和Pb（II）的标准溶液）使用DDW早期用0.2％硝酸酸化。由重铬酸钾干燥的盐制备Cr（VI）的标准溶液。在通过Perkin Elmer Lambda 25紫外 - 可见（UV-可见光）分光光度计分析Cr（VI）之前，通过将0.25g DPC溶解在50mL丙酮中，制备1,5-二苯卡巴肼（DPC）溶液。
Langmuir和Freundlich吸附等温线[ 17 ]被广泛用于评估和比较吸附剂的吸附性能。评价了三种制备的和一种商业颗粒活性炭的性能，并比较了在初始pH5下水溶液中Ni（II）和Pb（II）的去除率.Cr（VI）的吸附在不同的pH下进行通过各种吸附剂。然后，通过将吸附平衡数据拟合到Langmuir和Freundlich模型，将最佳选择的吸附剂的性能与商业吸附剂的性能进行比较。
使用以下Langmuir方程通过拟合数据来评估吸附行为。
其中，q e =每单位质量活性炭平衡吸附的金属离子量（mg·g -1）; C e =溶液中金属离子的平衡浓度（mg·L -1）; q max =最大单层吸附容量（mg·g -1）; b =与吸附热有关的亲和力或吸附常数，（dm 3·g -1）。等式（3）的线性形式作为等式（4）导出，以确定Langmuir参数。根据C绘制C e / q ee给出一条斜率为1 / q max且截距为1 / bq max的直线。
Freundlich方程表示为：
其中，q e和C e具有与式（3）中相同的含义，K F和“ n ”是Freundlich经验常数，分别揭示了与吸附容量和强度相关的吸附剂的特性。Freundlich常数K F不同于Langmuir常数，q max不能通过吸附质的单层覆盖来预测固体表面的饱和度[ 18 ]，但它给出了吸附容量的相对测量值并估算了粘结强度[ 19]。“ n。的值“公开了吸附模式。从1 < n <10 的值可以理解有利的吸附，而从n > 10 时观察到不可逆吸附，从n <1时观察到不利的吸附。
等式（5）的简化线性对数形式在等式（6）中给出。根据log C e绘制log q e给出一条斜率为1 / n和截距log K F的直线。
在分批吸附实验中，溶质的浓度和溶剂的量通常大大过量，而吸附剂的量不足。如果吸附进行到最大单层覆盖并达到平衡，那么我们可以写：
其中，q t，是吸附质的量，mg·g -1，在任何时间t，相当于吸附剂的覆盖率，θ和q e在平衡时是相同的，相当于单位覆盖率。这里，吸附的顺序近似为1相对于（q ë - q 吨），所以它是假一级。如果吸附是二阶相对于（q ë - q 吨），则等式（7）可写为：
常数ķ 1AD和ķ 2AD分别是用于伪一级和伪二阶吸附吸附速率常数。差分速率定律方程，方程（7）和（8），可以求解为积分速率定律方程，方程（9）和（10），以确定作为时间函数的吸附容量。
Lagergren [ 20 ]在1898年首次使用伪一阶方程式（9）确定了吸附速率，因此该方程称为Lagergren伪一阶模型。Ho和Mckay [ 21 ] 报道了二价阳离子吸附的方程式（10），称为伪二级模型。对于伪一阶吸附，绘制log（q e - q t）对t给出带斜率的直线，k 1ad /2.303和截距，log q e而对于伪二阶，绘制t / q t对t给出一条斜率，1 / q e和截距的直线，
所有批次吸附实验均在室温下进行，使用0.1g干燥的各种活性炭吸附剂，将其加入聚丙烯离心管中的50mL金属离子溶液中。然而，吸附剂浓度保持恒定在2g·L -1。通过改变初始金属离子浓度获得吸附平衡数据，同时活性炭质量，接触时间，摇动速率和初始pH保持恒定。对于动力学研究，吸附作为时间的函数进行，保持初始溶液浓度和pH恒定。施加振动以将管放置在轨道振动器中，速度为160转/分钟（rpm），并在3天内达到平衡。此后，倾析溶液并使用Cyberscan-500 pH计测量溶液的初始和最终pH。使用酸化（0.2％HNO 3）稀释倾析的Ni（II）和Pb（II）溶液）使用Perkin Elmer Analyst 400火焰原子吸收光谱法（AAS）进行分析之前的DDW。倾析的Cr（VI）溶液用H 2SO 4稀释，在适当稀释后得到溶液的pH值为1，然后加入适量的1,5-二苯卡巴肼溶液（0.5mL DPC溶液/ 25mL稀释的Cr（ VI）解决方案）。在10分钟内发生颜色显影后，使用UV-可见分光光度计分析溶液。
以下等式用于计算每单位质量吸附剂的金属吸收量mg：
其中，q =金属吸收mgg -1吸附剂; C 0 =初始浓度，mg·L -1 ; C t =任何时间的浓度（t），mg·L -1 ; V=批量溶液的体积，mL; 和米 =在间歇，克的吸附剂质量。
制备的活性炭在去除重金属阳离子如Ni（II）（19.6mgg -1）和Pb（II）（74.6mg ·g -1）方面具有显着更高的吸附能力。与制备的活性炭相比，商业活性炭对去除Cr（VI）的氧阴离子（q max = 71 mg·g -1）具有很高的吸附能力（q max = 46.30 mg·g -1））。然而，商业活性炭由于其在低浓度范围内的较低吸附容量而具有一些限制。因此，它不适合饮用水净化。相反，酸活性炭具有完全以低浓度清除一些重金属阳离子和阴离子的潜力，这表明其对所有重金属离子的亲和力更强。因此，形成表面酸性基团的磷酸活化产生适于除去重金属离子的活性炭。据观察，虽然商业活性炭对重金属的二价阳离子具有非常差的亲和力，但是酸活性炭甚至可以从非常稀的溶液中除去这些阳离子。虽然商业活性炭对Cr（VI）具有很高的吸附能力，酸性活性炭在低浓度范围内表现更好。因此，推测衍生自油棕和椰子壳的酸活性炭可能适合用于饮用水净化目的以除去重金属离子。
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