活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭從水溶液中吸收雙酚A

　　雙酚A也稱為2,2-雙(4-羥基苯基丙烷)(BPA)作為單體單元和聚合物工業中的添加劑已經成熟。BPA首次以商業規模用于固化塑料和制備環氧樹脂，用于塑料瓶、食品和飲料包裝、運動器材、儲存容器等。當pH值非常高或非常低的食品或高溫食品與塑料材料接觸時，通常會導致BPA從塑料材料中浸出到食品基質中，對其在消費品容器中的安全性存在嚴重的擔憂。本次研究了活性炭和磁性活性炭用于從水溶液中消除雙酚A(BPA)的可用性。

　　在水處理技術中，磁力過濾的使用已成為一種很有前途的方法，因為它可以快速有效地去除廢水中的污染物。可以制備可以與污染物結合的廉價但有效的活性炭吸附劑，然后可以進行磁性分離。即使在固體濃度很高的情況下，磁分離器也可以很容易地從溶液中分離活性炭吸附劑。該研究有效地將回收材料制成廉價的活性炭和磁性炭，隨后將其用于去除BPA。研究了一些實際工況條件等因素對吸收過程的影響。

　　使用兩種活性炭的吸附程序

　　為了生成動力學和平衡數據，在溶液溫度、pH、吸附劑用量、初始BPA濃度和持續時間等不同實驗條件下進行了一系列批次實驗。BPA吸附實驗在25-200mg/L雙酚A濃度范圍內進行。在錐形燒瓶中，將0.1g吸附劑分散到25cm3的BPA溶液中并攪拌最長140分鐘。將吸附劑從溶液中分離出來，在276nm波長處獲取吸光度，同時使用方程式估計吸附的BPA的量。

　　吸附研究

　　溶液pH值在吸附過程中起著至關重要的作用，因為它對吸附劑和污染物的化學性質都有很大的影響。根據pH依賴性的結果，BPA去除率在低pH范圍內相對穩定，但在pH大于7時降低。在初始溶液pH范圍為2至87.3%時，BPA去除率穩定在81.0至87.3%左右。發生這種情況可以解釋為BPA在pH>pKa值時主要以BPA的中性分子形式存在，在高于8.0時會去質子化，從而形成一價或二價陰離子。這意味著在堿性pH范圍內BPA去除百分比的降低可能是由于帶負電的吸附劑表面與雙酚鹽陰離子之間存在的反靜電關系的結果。

　　圖1：在接觸時間為100分鐘、初始BPA濃度為200mg/L、溫度為55℃時，用量對活性炭和磁力活性炭吸附BPA的影響。

　　此外，還評估了吸附劑用量(0.03至1g)對BPA吸附的影響，而其他參數保持不變。如圖1所示，隨著吸附劑用量從0.03g增加到0.9g，活性炭和磁力活性炭的平衡BPA去除率分別從64.10增加到75.84%和73.90到79.48%。這一結果得到了先前研究結果的支持，當時發現吸附劑用量的增加將導致吸附的污染物量增加，這是由于吸附劑表面積的增加這相應地增加了可用的受體位點。

　　研究測試結果分析

　　對于使用活性炭和磁力活性炭作為吸附劑的雙酚A吸附，二次模型證實了響應與方程所描述的重要變量之間存在良好的關系。如果F的值很大，而概率(p)的值很小，則對應的系數項越可靠。圖2和圖3分別展示了用量、初始濃度、pH和溫度對活性炭和磁力活性炭吸附BPA的綜合影響。據觀察，在較高的BPA濃度、溫度和劑量值下，最大去除百分比得到優化。然而，這與在酸性范圍(較低的pH值)具有最大去除百分比的pH影響的情況下觀察到的相反。這種在酸性pH值范圍內較大的吸附百分比可能是由于帶正電的吸附劑表面與雙酚結構的負電荷之間存在靜電相互作用的結果。還，BPA與吸附劑的吸附百分比增加是由于可用于吸附的表面積增加，從而增加了用于去除污染物的吸附受體。進一步推斷核桃殼的磁化處理大大提高了吸附劑的去除能力，從而促進了吸附過程。

　　圖2：活性炭上雙酚A去除效率的響應面3-D圖顯示了(a)初始濃度和劑量以及(b)pH和溫度的影響。

　　圖3：雙酚A去除效率對磁力活性炭影響的響應面3-D(a)pH和劑量以及(b)pH和溫度。

　　活性炭從水溶液中吸收雙酚A，我們評估了活性炭及其磁化對應物作為吸附劑從水溶液中吸附BPA的用途。觀察到活性炭和磁力活性炭對BPA的吸收隨著pH值的增加而降低，而吸附容量隨著兩種吸附劑的吸附劑用量和BPA濃度的增加而增加。吸附過程遵循準一級模型。Langmuir等溫線模型很好地解釋了平衡數據，這意味著單層形成。熱力學參數表明吸附過程本質上是自發的和吸熱的。從FT-IR研究來看，羧酸鹽和酚類官能團可能與吸附過程有關，這從IR波段的變化可以看出。

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