生物質活性炭的合成及其對染料吸附性能研究

邢霞 何詩茵 虞友謙

摘 要 用香蕉皮、榴蓮瓤、椰子殼為原料，經過水熱、KOH活化、高溫焙燒后得到生物質活性炭。將得到的香蕉皮基底的活性炭（XJC）、榴蓮瓤基底的活性炭（LLC）、椰子殼基底的活性炭（YZC）分別對不同濃度的品紅溶液進行吸附測試。0.1gYZC能對20mg/L以下品紅溶液有顯著的吸附效果。實驗表明，合成的生物質碳材料具有較好的吸附性能，為農林廢棄物木屑的高效利用提供了有效途徑。

關鍵詞 吸附 生物質 活性炭 水污染

0前言

隨著工業的加速發展，越來越多的工業廢水被排放到水環境中，帶來了日益嚴重的環境污染問題。印染工業廢水有機物含量高、色度深、可生化性差、排放量大、水質復雜，染料的降解產物多為聯苯胺類等一些致癌芳香類化合物，會嚴重影響人體健康，已成為難以治理的工業廢水之一。據統計，我國每年生產月70萬噸不同種類的染料，有相當一部分的染料通過廢水排放到環境中。染料進入水環境后會降低水體的透光性，從而抑制水生植物的光合作用和生長，降低水中溶解氧，破壞生態系統。因此，對染料廢水的處理，具有重大的實際意義。

吸附法是傳統的印染水處理的一種高效實用的方法，活性炭是目前最有效的吸附劑之一但其在廢水處理中還存在一定的問題，粉末狀和顆粒狀的活性炭在廢水中的穩定性較差，易隨水的流動而部分流失，且市面上活性炭制作成本高，多采用優質煤、木屑等為原料。因此，國內外科研人員采用廉價原材料來制備活性炭，或者通過對活性炭表面改性、將活性炭與其他材料復合，來獲得孔結構更為優良、吸附性能更為優越的材料。考慮到成本與易獲得性，本課題在人們經常食用的水果中選擇材料，最終決定將香蕉皮、榴蓮瓤、椰子殼作為制備生物質活性炭的原料。

1實驗方法

實驗步驟：首先將香蕉皮、榴蓮瓤、椰子殼剪成塊狀分別放入聚四氟乙烯水熱釜內膽中，160℃下水熱16h。水熱后的黑色塊狀碳質氣凝膠浸泡在蒸餾水中，除去可溶性雜質，再將其放入烘箱中，低溫（40℃）烘干。之后將氣凝膠浸沒于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。將上述固體進行熱處理，放置于坩堝中加熱30min，得到的固體放入蒸餾水中，滴加1mol/L的HCl之至pH=7，再將其放入60℃烘箱中烘干得到生物質活性炭。我們將得到的香蕉皮基底活性炭、榴蓮瓤基底活性炭、椰子殼基底活性炭分別命名為XJC、LLC、YZC。

性能測試：先配置1-5mg/L的品紅溶液各四組，其中一組為空白組，三組為樣品組，隨后分別向三組樣品組中加入0.1gXJC、LLC、YZC，放置24h達到吸附平衡。利用紫外分光光度計測出空白組5個樣品的吸光度，做出標準曲線。然后對活性炭吸附后的殘余染液濃度進行測量，得到各組吸附數據并分析。

2數據與分析

空白對照組品紅溶液，最大吸收峰為542nm，表1為對照溶液和0.1g三種活性炭吸附不同濃度品紅溶液后溶液在波長542nm的吸光度，吸光度數據越小，則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，對5mg/L的品紅吸附后吸光度值為0.06;而XJC活性炭的吸附效果較差，對5mg/L的品紅吸附后吸光度值為0.274;而LLC活性炭可能由于自身性質或引入雜質，吸光度反而大于空白品紅溶液，對5mg/L的品紅吸附后吸光度值為0.472。

圖1a為將空白品紅溶液吸光度關于濃度變化進行線性擬合得到的函數，線性相關系數為0.92010。圖1b為各實驗組和對照組吸附后剩余的品紅濃度，可以明顯看到YZC的吸附能力最好。圖1c為同濃度品紅溶液吸附后的溶液吸收光譜對比。通過這兩張圖像可以比較出相同質量下的三種活性炭對相同濃度的品紅溶液吸附效果為YZC>XJC>LLC。圖1d是三者中吸附性能最好的椰子殼活性炭對更高濃度品紅溶液進行吸附的結果。圖中當品紅溶液濃度大于等于20mg/L時，0.1g椰子殼活性炭的吸附效果有明顯下降，而當濃度低于20mg/L時，0.1g活性炭保持著良好的吸附效果。

3總結與展望

生物質（香蕉皮、椰子殼、榴蓮纖維）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能對20mg/L以下品紅溶液有顯著的吸附效果。生物質活性炭除了在吸附有機溶劑方面表現出優異的性能之外，還可以探索其在超級電容器、鋰離子電池、燃料電池等方面的應用。

參考文獻

[1] 劉偉華，唐然肖，高書濤等.磁性碳納米管對酸性品紅的吸附性能研究[J].河北農業大學學報，2015，38（02）：129-134.

[2] 奉麗媛，余軍霞，蔡曉麗等.改性植物纖維對堿性品紅吸附性能研究[J].水處理技術，2015，41（12）：57-62.

[3] 李鳳鐿，譚君山.活性炭吸附法處理染料廢水研究的進展概況[J].廣州環境科學，2010：5-8.

[4] 郭廣亮，王崇臣，王鵬.生物陶吸附酸性品紅的性能[J].環境化學，2014，33（05）：805-811.

[5] 王曉丹，馬洪芳，劉志寶等.多孔生物質碳材料的制備及應用研究進展[J].功能材料，2017，48（07）：7035-7044.

[6] 秦玲.生物質多級孔碳材料的制備及其吸附水中磺胺二甲基嘧啶性能研究[D].鎮江：江蘇大學，2016.

[7] 邱家枝.椰殼生物炭的制備及其應用研究[D].福州：福州大學，2016：3-4.