生物质活性炭的合成及其对染料吸附性能研究
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摘 要 用香蕉皮、榴莲瓤、椰子壳为原料，经过水热、KOH活化、高温焙烧后得到生物质活性炭。将得到的香蕉皮基底的活性炭（XJC）、榴莲瓤基底的活性炭（LLC）、椰子壳基底的活性炭（YZC）分别对不同浓度的品红溶液进行吸附测试。0.1gYZC能对20mg/L以下品红溶液有显著的吸附效果。实验表明，合成的生物质碳材料具有较好的吸附性能，为农林废弃物木屑的高效利用提供了有效途径。
关键词 吸附 生物质 活性炭 水污染
0前言
随着工业的加速发展，越来越多的工业废水被排放到水环境中，带来了日益严重的环境污染问题。印染工业废水有机物含量高、色度深、可生化性差、排放量大、水质复杂，染料的降解产物多为联苯胺类等一些致癌芳香类化合物，会严重影响人体健康，已成为难以治理的工业废水之一。据统计，我国每年生产月70万吨不同种类的染料，有相当一部分的染料通过废水排放到环境中。染料进入水环境后会降低水体的透光性，从而抑制水生植物的光合作用和生长，降低水中溶解氧，破坏生态系统。因此，对染料废水的处理，具有重大的实际意义。
吸附法是传统的印染水处理的一种高效实用的方法，活性炭是目前最有效的吸附剂之一但其在废水处理中还存在一定的问题，粉末状和颗粒状的活性炭在废水中的稳定性较差，易随水的流动而部分流失，且市面上活性炭制作成本高，多采用优质煤、木屑等为原料。因此，国内外科研人员采用廉价原材料来制备活性炭，或者通过对活性炭表面改性、将活性炭与其他材料复合，来获得孔结构更为优良、吸附性能更为优越的材料。考虑到成本与易获得性，本课题在人们经常食用的水果中选择材料，最终决定将香蕉皮、榴莲瓤、椰子壳作为制备生物质活性炭的原料。
1实验方法
实验步驟：首先将香蕉皮、榴莲瓤、椰子壳剪成块状分别放入聚四氟乙烯水热釜内胆中，160℃下水热16h。水热后的黑色块状碳质气凝胶浸泡在蒸馏水中，除去可溶性杂质，再将其放入烘箱中，低温（40℃）烘干。之后将气凝胶浸没于2mol/L的KOH溶液中，隔夜后除去多余的KOH溶液，放入60℃烘箱中烘干。将上述固体进行热处理，放置于坩埚中加热30min，得到的固体放入蒸馏水中，滴加1mol/L的HCl之至pH=7，再将其放入60℃烘箱中烘干得到生物质活性炭。我们将得到的香蕉皮基底活性炭、榴莲瓤基底活性炭、椰子壳基底活性炭分别命名为XJC、LLC、YZC。
性能测试：先配置1-5mg/L的品红溶液各四组，其中一组为空白组，三组为样品组，随后分别向三组样品组中加入0.1gXJC、LLC、YZC，放置24h达到吸附平衡。利用紫外分光光度计测出空白组5个样品的吸光度，做出标准曲线。然后对活性炭吸附后的残余染液浓度进行测量，得到各组吸附数据并分析。
2数据与分析
空白对照组品红溶液，最大吸收峰为542nm，表1为对照溶液和0.1g三种活性炭吸附不同浓度品红溶液后溶液在波长542nm的吸光度，吸光度数据越小，则活性炭吸附性能越佳。其中，YZC活性炭具有并保持出色的吸附性能，对5mg/L的品红吸附后吸光度值为0.06;而XJC活性炭的吸附效果较差，对5mg/L的品红吸附后吸光度值为0.274;而LLC活性炭可能由于自身性质或引入杂质，吸光度反而大于空白品红溶液，对5mg/L的品红吸附后吸光度值为0.472。
图1a为将空白品红溶液吸光度关于浓度变化进行线性拟合得到的函数，线性相关系数为0.92010。图1b为各实验组和对照组吸附后剩余的品红浓度，可以明显看到YZC的吸附能力最好。图1c为同浓度品红溶液吸附后的溶液吸收光谱对比。通过这两张图像可以比较出相同质量下的三种活性炭对相同浓度的品红溶液吸附效果为YZC>XJC>LLC。图1d是三者中吸附性能最好的椰子壳活性炭对更高浓度品红溶液进行吸附的结果。图中当品红溶液浓度大于等于20mg/L时，0.1g椰子壳活性炭的吸附效果有明显下降，而当浓度低于20mg/L时，0.1g活性炭保持着良好的吸附效果。
3总结与展望
生物质（香蕉皮、椰子壳、榴莲纤维）制取的活性炭均有一定的吸附作用，其中YZC的吸附性能最佳，0.1gYZC能对20mg/L以下品红溶液有显著的吸附效果。生物质活性炭除了在吸附有机溶剂方面表现出优异的性能之外，还可以探索其在超级电容器、锂离子电池、燃料电池等方面的应用。
参考文献
[1] 刘伟华，唐然肖，高书涛等.磁性碳纳米管对酸性品红的吸附性能研究[J].河北农业大学学报，2015，38（02）：129-134.
[2] 奉丽媛，余军霞，蔡晓丽等.改性植物纤维对碱性品红吸附性能研究[J].水处理技术，2015，41（12）：57-62.
[3] 李凤镱，谭君山.活性炭吸附法处理染料废水研究的进展概况[J].广州环境科学，2010：5-8.
[4] 郭广亮，王崇臣，王鹏.生物陶吸附酸性品红的性能[J].环境化学，2014，33（05）：805-811.
[5] 王晓丹，马洪芳，刘志宝等.多孔生物质碳材料的制备及应用研究进展[J].功能材料，2017，48（07）：7035-7044.
[6] 秦玲.生物质多级孔碳材料的制备及其吸附水中磺胺二甲基嘧啶性能研究[D].镇江：江苏大学，2016.
[7] 邱家枝.椰壳生物炭的制备及其应用研究[D].福州：福州大学，2016：3-4.
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