活性炭納米材料去除砷酸鹽

　　與傳統(tǒng)活性炭相比，活性炭納米材料具有較高的表面體積比，吸引了環(huán)境污染物和有害金屬的注意。但由于酸性表面官能團(tuán)，碳納米管和石墨烯對(duì)從水中去除氧代陰離子無(wú)效。在這里，我們展示了去離子水溶液中對(duì)砷酸鹽和硒酸鹽的良好吸附。納米活性炭的關(guān)鍵特點(diǎn)是去除金屬氧化物納米顆粒的微孔和堿性表面基團(tuán)的存在。與商業(yè)活性炭相比，納米活性炭在運(yùn)河和井水中具有優(yōu)異的砷酸鹽去除和微堿性pH。

　　隨著活性炭納米技術(shù)的發(fā)展，人們一直在開(kāi)發(fā)利用這些納米活性炭材料進(jìn)行水處理的高表面體積比。*近證明了活性炭和石墨烯基吸附劑用于去除汞、砷、鉻和硒等金屬的吸附作用。與碳納米管和石墨烯不同，活性炭納米結(jié)構(gòu)具有良好的生物相容性。因此，納米活性炭可能是環(huán)境修復(fù)應(yīng)用的有希望材料，如從水中去除有害金屬。

　　球形納米活性炭材料

　　在前溶液中加入金屬鹽，加熱分解，形成金屬氧化物納米顆粒，作為碳水化合物源碳化的成核點(diǎn)。合成蝕刻去除金屬氧化物納米顆粒，留下高多孔活性炭(圖1A)。活性炭中金屬氧化物納米顆粒的尺寸可以通過(guò)調(diào)整前體的比例來(lái)控制，從而控制孔徑。因此，該合成方法可用于吸附金屬含氧陰離子所期望的微孔活性炭。此外，活性炭納米材料具有較高的外表面積比，可以將金屬擴(kuò)散到結(jié)合點(diǎn)，直到納米級(jí)。相比之下，雖然常規(guī)活性炭的比表面積與球形納米活性炭相似，但大多來(lái)自內(nèi)表面。金屬與組合位點(diǎn)的擴(kuò)散距離將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于活性炭納米材料。

　　不同水基質(zhì)中使用活性炭吸附劑的砷酸鹽和硒酸鹽顯示在圖3中。納米活性炭與兩種金屬物質(zhì)結(jié)合良好。去除離子水中的砷酸鹽，2小時(shí)內(nèi)去除53%，22小時(shí)后觀察100%(圖3A)。在河水(圖3C)和井水(圖3)D)，砷酸鹽去除率慢，2小時(shí)后去除約3%。然而，22小時(shí)后，去除> 在去離子水中，89%的砷酸鹽與去離子水相似。與去離子水相比，砷酸鹽在河流和井水中的去除效率略低，可以通過(guò)其較高的去除效率pH來(lái)解釋?；钚蕴康年庪x子吸附能力通常歸因于表面官能團(tuán)，如-COOH，-OH 2  ，- COO -，-OH，-O -，它被質(zhì)子化和/或帶正電荷分散在水溶液中。一些研究證明，活性炭的砷酸吸附能力通常是pH 2-5，達(dá)到*大值，活性炭表面有更正電荷。類似地，由于含氧表面官能團(tuán)的碳納米管pH 3-10的負(fù)ζ電位顯示砷酸鹽結(jié)合能力低。因此，許多碳基吸附劑依賴于鐵的修飾，可以與砷形成球形復(fù)合物。在這里，我們可以看到納米活性炭在這里pH> 由于它們的等電點(diǎn)較高，8時(shí)顯示出良好的砷酸鹽吸附。運(yùn)河和井水還含有硝酸鹽(通常是60-130)等其他競(jìng)爭(zhēng)性陰離子物質(zhì)ppm)和硫酸鹽(700-1000ppm)，這似乎對(duì)砷酸鹽的結(jié)合影響不大。

　　這也表明，活性炭納米材料的基本表面性能可以很好地吸附運(yùn)河和井水中的砷酸鹽。由于它是活性炭科學(xué)中一個(gè)有爭(zhēng)議的話題，因此需要進(jìn)一步研究基本的準(zhǔn)確性。由于活性炭納米材料基于拉曼光譜和X射線衍射，石墨結(jié)構(gòu)很少，無(wú)機(jī)碳結(jié)構(gòu)與粉末活性炭非常相似。不太可能在用于制備活性炭納米材料的前體中缺少氮官能團(tuán)。相反，制備活性炭納米材料的退火過(guò)程可以產(chǎn)生堿性含氧官能團(tuán)。錳鹽是合成的重要組成部分，不能排除*終貢獻(xiàn)。但是，合成后HCl活性炭納米材料中應(yīng)去除任何錳化合物。此外，以前的研究發(fā)現(xiàn)，由于零氧電荷低，氧化錳物質(zhì)可以在pH <5的情況下從水中成功除去砷酸鹽。

　　總之，我們發(fā)現(xiàn)使用簡(jiǎn)便的制備方法做出的活性炭納米材料可以顯示合成去離子水溶液中砷酸鹽和硒酸鹽吸附的良好活性。在由pH值> 在8運(yùn)河和井水組成的水溶液中，活性炭納米材料可能優(yōu)于粉末活性炭，因?yàn)樗鼈兙哂袎A性官能團(tuán)、較高的表面積和適當(dāng)?shù)奈⒖捉Y(jié)構(gòu) 。然而，這些水域中的競(jìng)爭(zhēng)性陰離子完全抑制活性炭納米材料上的硒酸鹽吸附，而砷酸鹽結(jié)合動(dòng)力學(xué)僅略微降低。常規(guī)活性炭、碳納米管、石墨烯等納米結(jié)構(gòu)碳通常是酸性的pH具有良好的吸附性能，突出了活性炭納米材料的中性至堿性pH吸附劑用作有毒金屬處理的潛力。未來(lái)的工作將闡明活性炭納米材料表面官能團(tuán)的性質(zhì)，重點(diǎn)是更多地了解吸附機(jī)制。