表面摻雜改性竹活性炭對汞離子吸附行為研究(摘要)

謝新蘋(1.中國林業科學研究院，北京 100091;2.中國林業科學研究院林產化學工業研究所，江蘇 南京 210042)

在重金屬污染源中，汞作為一種特殊的、毒性極強的典型重金屬元素成為廢水治理的重點，也是我國“十二五”生態環保工作計劃的主要內容之一。目前我國正處在工業化和城市化進程的快速發展階段，氯堿、塑料、冶煉、電池等工業大量含汞廢水的排放不僅造成我國的飲用水源污染，而且廢水中的汞能夠通過蒸發、沉降等途徑遷移到大氣和土壤中造成大氣污染以及農產品污染，又能通過食物鏈進入人和動物體內，對人體和生態環境造成嚴重的危害。因此，如何有效的控制廢水中重金屬汞的排放是當前亟需解決的課題。主要研究內容和結果如下:

1.竹活性炭孔隙結構與汞離子吸附性能關系研究 以購自福建福星炭素科技有限公司(福建省建甌市)的竹活性炭為原料，研究了竹活性炭孔隙結構與其對液相汞離子吸附性能的關系。結果表明:活性炭的孔隙結構是影響汞離子吸附性能的重要因素，而且汞離子吸附性能與活性炭的比表面積和微孔容積具有一定的正相關性。活性炭的比表面積越大、微孔容積越高，對溶液中汞離子的吸附性能越強。活性炭對溶液中汞離子的吸附性能同時受孔徑分布的影響，根據汞離子的直徑大小，竹活性炭的微孔和小中孔是主要的吸附活性位，平均孔徑為2 nm左右的竹活性炭除汞效率能夠達到78%以上。

2.竹活性炭吸附液相汞離子單因素試驗及吸附動力學研究 采用竹活性炭吸附脫除溶液中的汞離子，研究了溶液pH值、汞離子初始濃度、竹活性炭投加量、吸附溫度等因素對活性炭汞離子吸附性能的影響。結果表明:1)竹活性炭吸附溶液中汞離子是一個吸附與解吸并存的物理吸附過程，是放熱反應，低溫利于吸附，20℃條件下竹活性炭的除汞效率比80℃條件下提高32%，且汞飽和吸附容量為其80℃時的1.5倍。2)溶液pH值是影響活性炭除汞效率的重要指標，酸性環境可明顯提高活性炭的除汞效率，溶液pH值為4時竹活性炭對溶液中汞離子的吸附性能最強。3)竹活性炭對Hg2+的吸附動力學研究表明，Lagergren準二級動力學方程可以很好的擬合活性炭對液相汞離子的吸附過程，整個過程由兩步控制:Hg2+在溶液中向活性表面擴散并且在活性炭表面活性位吸附的過程，此階段吸附速度較快;Hg2+經由活性炭大孔進入中孔和微孔與內部吸附活性位結合的過程，此階段吸附速度緩慢。

3.摻雜改性竹活性炭對汞離子吸附性能研究 為進一步提高竹活性炭對液相汞離子的吸附性能，采用溴化鉀(KBr)、碘化鉀(KI)和硫磺(S)對竹活性炭進行改性，利用電感耦合等離子體發射光譜儀測定濾液中汞離子濃度，用除汞效率和吸附容量評價活性炭對液相汞離子的吸附性能，探討其吸附機理。結果表明:摻雜改性后的竹活性炭比表面積略有降低，而除汞效率和汞吸附容量提高，說明化學吸附在吸附過程中起主要作用。與改性前的竹活性炭相比，經KBr、KI和S摻雜改性處理后的竹活性炭除汞效率和吸附容量都有不同程度的增加，其中S-KBr-AC對汞離子的吸附性能最強，除汞效率達96.6%，吸附容量2.898 mg/g，約為改性前竹活性炭的1.31倍，處理后的廢水達到國家排放標準。通過對活性炭改性處理，增強對汞離子的物理化學聯合吸附作用，獲得了高效吸附廢水中汞離子的竹活性炭材料，同時對于脫除廢水中的鉻、鎘、鉛、砷等重金屬離子具有重要的參考意義。

竹活性炭;汞離子;吸附;摻雜改性