山西活性炭纳米材料去除砷酸盐

　　活性炭纳米材料去除砷酸盐

　　与传统活性炭相比，活性炭纳米材料具有较高的表面体积比，吸引了环境污染物和有害金属的注意。但由于酸性表面官能团，碳纳米管和石墨烯对从水中去除氧代阴离子无效。在这里，我们展示了去离子水溶液中对砷酸盐和硒酸盐的良好吸附。纳米活性炭的关键特点是去除金属氧化物纳米颗粒的微孔和碱性表面基团的存在。与商业活性炭相比，纳米活性炭在运河和井水中具有优异的砷酸盐去除和微碱性pH。

　　随着活性炭纳米技术的发展，人们一直在开发利用这些纳米活性炭材料进行水处理的高表面体积比。*近证明了活性炭和石墨烯基吸附剂用于去除汞、砷、铬和硒等金属的吸附作用。与碳纳米管和石墨烯不同，活性炭纳米结构具有良好的生物相容性。因此，纳米活性炭可能是环境修复应用的有希望材料，如从水中去除有害金属。

　　球形纳米活性炭材料

　　在前溶液中加入金属盐，加热分解，形成金属氧化物纳米颗粒，作为碳水化合物源碳化的成核点。合成蚀刻去除金属氧化物纳米颗粒，留下高多孔活性炭(图1A)。活性炭中金属氧化物纳米颗粒的尺寸可以通过调整前体的比例来控制，从而控制孔径。因此，该合成方法可用于吸附金属含氧阴离子所期望的微孔活性炭。此外，活性炭纳米材料具有较高的外表面积比，可以将金属扩散到结合点，直到纳米级。相比之下，虽然常规活性炭的比表面积与球形纳米活性炭相似，但大多来自内表面。金属与组合位点的扩散距离将远远大于活性炭纳米材料。

　　不同水基质中使用活性炭吸附剂的砷酸盐和硒酸盐显示在图3中。纳米活性炭与两种金属物质结合良好。去除离子水中的砷酸盐，2小时内去除53%，22小时后观察100%(图3A)。在河水(图3C)和井水(图3)D)，砷酸盐去除率慢，2小时后去除约3%。然而，22小时后，去除> 在去离子水中，89%的砷酸盐与去离子水相似。与去离子水相比，砷酸盐在河流和井水中的去除效率略低，可以通过其较高的去除效率pH来解释。活性炭的阴离子吸附能力通常归因于表面官能团，如-COOH，-OH 2  ，- COO -，-OH，-O -，它被质子化和/或带正电荷分散在水溶液中。一些研究证明，活性炭的砷酸吸附能力通常是pH 2-5，达到*大值，活性炭表面有更正电荷。类似地，由于含氧表面官能团的碳纳米管pH 3-10的负ζ电位显示砷酸盐结合能力低。因此，许多碳基吸附剂依赖于铁的修饰，可以与砷形成球形复合物。在这里，我们可以看到纳米活性炭在这里pH> 由于它们的等电点较高，8时显示出良好的砷酸盐吸附。运河和井水还含有硝酸盐(通常是60-130)等其他竞争性阴离子物质ppm)和硫酸盐(700-1000ppm)，这似乎对砷酸盐的结合影响不大。

　　这也表明，活性炭纳米材料的基本表面性能可以很好地吸附运河和井水中的砷酸盐。由于它是活性炭科学中一个有争议的话题，因此需要进一步研究基本的准确性。由于活性炭纳米材料基于拉曼光谱和X射线衍射，石墨结构很少，无机碳结构与粉末活性炭非常相似。不太可能在用于制备活性炭纳米材料的前体中缺少氮官能团。相反，制备活性炭纳米材料的退火过程可以产生碱性含氧官能团。锰盐是合成的重要组成部分，不能排除*终贡献。但是，合成后HCl活性炭纳米材料中应去除任何锰化合物。此外，以前的研究发现，由于零氧电荷低，氧化锰物质可以在pH <5的情况下从水中成功除去砷酸盐。

　　总之，我们发现使用简便的制备方法做出的活性炭纳米材料可以显示合成去离子水溶液中砷酸盐和硒酸盐吸附的良好活性。在由pH值> 在8运河和井水组成的水溶液中，活性炭纳米材料可能优于粉末活性炭，因为它们具有碱性官能团、较高的表面积和适当的微孔结构 。然而，这些水域中的竞争性阴离子完全抑制活性炭纳米材料上的硒酸盐吸附，而砷酸盐结合动力学仅略微降低。常规活性炭、碳纳米管、石墨烯等纳米结构碳通常是酸性的pH具有良好的吸附性能，突出了活性炭纳米材料的中性至碱性pH吸附剂用作有毒金属处理的潜力。未来的工作将阐明活性炭纳米材料表面官能团的性质，重点是更多地了解吸附机制。