改性活性炭的粒級對吸附金-硫代硫酸根絡離子的影響研究

余 洪，宋文強，程彥玲，張漢泉，謝 蕾

(武漢工程大學資源與安全工程學院，湖北 武漢 430074)

4Au+8CN-+2H2O+O2→

(1)

(2)

1 實 驗

1.1 材料與儀器

本文采用的三種活性炭粒級分別為-0.074 mm(活性炭粉)、0.45～0.90 mm(顆?；钚蕴?和0.9～3.2 mm(顆粒活性炭)，分別標記為AC1、AC2和AC3，各粒級活性炭的主要物理化學性質見表1。

表1 活性炭的技術指標

試驗所用的金粉(99.99%)來自阿拉丁控股集團，五水合硫代硫酸鈉、三聚氰胺、鹽酸、硝酸等為分析純，均購自國藥集團化學試劑有限公司。吸附過程采用常州華邦SHY-2低速水浴恒溫振蕩器，熱活化采用合肥科晶GSL-1500X-OTF管式氣氛爐。

1.2 改性活性炭的制備

1.3 活性炭吸附金-硫代硫酸根絡離子實驗

取一定量配制好的模擬浸金液[14]稀釋到100 mL后，放入錐形瓶中，加入1 g的活性炭，將錐形瓶置于恒溫振蕩器中振蕩。吸附10 h時間后，取一定體積的吸附液分析金的含量。

1.4 金含量的測定

取5 mL吸附樣品溶于250 mL燒杯中，加入3 mL的H2O2氧化硫代硫酸根，30 min后再滴加2 mL的1∶4(v/v)的HCl，靜置30 min，在電熱板上加熱蒸干，溶液較少時加入2滴10%的KCl溶液并繼續加熱，近干時停止加熱使其自然冷卻，最后用5%的王水定容至25 mL，使用TAS-990AFG原子吸收分光光度計進行金元素含量測定。

1.5 活性炭的表征

活性炭孔徑及比表面積測定采用美國麥克儀器公司的全自動微孔比表面積和孔隙度分析儀(Asap-2020)，分析活性炭多點BET比表面積、BJH介孔、孔分布、孔大小及總孔體積和面積等數據。采用日本電子株式會社的JSM5510LV型號的掃描電子顯微鏡觀察樣品的微觀表面形貌，X射線掃描電子顯微鏡配備美國AMETEK的EDAX FALCON8200型號X射線能譜儀，完成活性炭表面元素分析。元素化學態分析采用X射線光電子能譜儀，能譜儀激發源為Al ka射線(hv=1 486.6 eV)，工作電壓為12.5 kV，測試中全譜通能(Passing-Energy)為100 eV，窄譜為30 eV，步長為0.1 eV，分析采用結合能為C1s=284.80 eV能量標準進行荷電校正。

2 結果與討論

2.1 未改性活性炭對金-硫代硫酸根絡離子的吸附

圖1 不同粒度的未處理活性炭對金的吸附量

2.2 三聚氰胺用量對改性活性炭吸附金-硫代硫酸根絡離子的影響

圖2 三聚氰胺用量對改性活性炭吸附影響

2.3 浸漬溫度對改性活性炭吸附金-硫代硫酸根絡離子的影響

圖3 浸漬改性溫度對活性炭吸附影響

2.4 熱活化時間對改性活性炭吸附金-硫代硫酸根絡離子的影響

圖4 熱活化時間對改性活性炭吸附影響

2.5 熱活化溫度對改性活性炭吸附金-硫代硫酸根絡離子的影響

圖5 熱活化溫度對改性活性炭吸附影響

2.6 活性炭表征

表2 不同粒級活性炭改性前后對負載量

2.6.1 表面形貌與元素含量分析

圖6 最佳條件下三種粒級改性活性炭SEM-EDS圖

表3 最佳條件下三種粒級改性活性炭EDS能譜圖分析結果

2.6.2 孔隙結構表征

為了更好地了解三種粒級改性活性炭的孔結構，采用N2吸附/脫附法進一步分析了AC1-N、AC2-N和AC3-N的比表面積、孔結構和平均孔徑等，結果見圖7和表4。

圖7(a)為AC1-N、AC2-N和AC3-N的N2吸附/脫附曲線，根據IUPAC分類可知樣品的吸脫附等溫線均為Ⅰ型等溫曲線，在相對壓力(P/P0)小于0.2時，等溫線急劇上升，表現微孔的吸附行為，說明樣品內含有大量的微孔。相對壓力(P/P0)大于0.2時出現微小的滯回環，主要是中孔中毛細管冷凝引起的[1]，和圖6結果一致。圖7(b)為AC1-N、AC2-N和AC3-N的孔徑分布圖，樣品的孔徑以小于2 nm的微孔為主，除了微孔外，AC1-N在5.0 nm附近存在中孔，AC2-N存在4.4 nm的中孔。

圖7 改性活性炭的N2吸附-脫附等溫曲線及孔徑分布圖

表4 改性活性炭孔徑及比表面積

2.6.3 表面元素化學態分析

由X射線掃描電鏡能譜分析結果可知，由于活性炭表面元素含量較低，無法獲得相關元素的含量，且元素的存在形式也無法獲得。為了進一步分析不同粒級改性活性炭吸附效果的差異，對三種樣品進行了XPS光譜分析，比較了表面C、N和O元素的化學形態變化。圖8為改性活性炭的XPS全譜圖，表5為C、N和O元素窄譜分峰擬合結果。由圖8結果可知，三種活性炭表面C、O元素有較為明顯的峰，N元素峰較弱，表明三種活性炭表面主要元素為C和O，N含量較少。

表5 改性活性炭XPS分析結果

圖8 改性活性炭XPS全譜圖

圖9為C1s的XPS窄譜圖分峰擬合結果。由圖9可知，結合能在248.8 eV、286.0～286.12 eV、287.2～287.9 eV和290.4 eV的峰分別歸屬于石墨碳、C—O、C=O/C=N和含炭芳香共軛π-π*[15-16]。三種改性活性炭均具有上述四種峰，其中，芳香共軛π-π*的存在，表明N元素負載到C六元環中，形成了吡啶氮，N元素的窄譜圖分峰擬合印證了吡啶氮的存在。

圖9 改性活性炭C1s譜圖

圖10 改性活性炭N1s譜圖

圖11 改性活性炭O1s譜圖

3 結 論