生物质基活性炭处理重金属废水研究进展

同时，对于液相吸附而言，需要一定数量的中孔，以保证尽快达到吸附平衡。H3PO4活化法具有环境污染程度轻、生产成本低等优点，广泛应用于活性炭的制备。但处理后H3PO4易留在活性炭孔隙中不易洗掉，从而降低了孔容和比表面积。特别是H3PO4活化时易与原料中的灰分(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)反应生成磷酸盐，使得熔点、沸点均超过1100℃，难溶性Ca3(PO4)2、Mg3(PO4)2在水洗后仍然保留在活性炭中。

正是这些磷酸盐的存在，使得制备的活性炭在微孔的生成方面效率较低，在一定程度上影响对重金属离子的吸附。因此，当灰分含量较高时，对原料进行预处理是必要和有效的。ZnCl2活化法通过炭化阶段的脱水作用和活化阶段的溶解和侵蚀作用，降低了活化温度，改变了热解路线，到达木质原料的纤维细孔中，实现完全活化，最后通过洗涤形成多孔性结构发达的炭［14］。

由于ZnCl2的侵蚀作用，使存在于微晶间隙的钙、镁、铁等元素在后继的酸、水洗过程中被清除，获得比表面积和孔容均较大的活性炭，显著提高其吸附能力。Sayed等［15］以甘草渣为原料，用ZnCl2活化法制备活性炭吸附Pb2+、Ni2+。

研究表明，Pb2+、Ni2+单分子层吸附容量分别为200.0、166.7mg/g，较大的吸附量主要与活性炭较大比表面积(1483m2/g)有关。Neda等［21］以开心果壳和甘草渣为原料，用ZnCl2活化法制备活性炭吸附Hg2+。研究表明，制备活性炭的比表面积、孔容分别为1492m2/g、1.1cm3/g。羧基、内酯基、酚羟基官能团含量分别为3.6、8.7、7.5meq/g，而碱性表面官能团为0.4meq/g，活性炭表面呈现酸性。

Hg2+最大吸附容量147.1mg/g，除了具备较大的比表面外，还与合适的孔径分布和酸性含氧官能团类型和数量有关。生物质基活性炭对重金属离子的吸附性能与活性炭的孔隙结构和表面官能团的类型和数量紧密相关，而这些特征是由生物质的类型和工艺参数的选取共同决定的。表1总结了主要因素对生物质基活性炭孔隙结构、表面化学特性和重金属离子吸附量的影响。

表1主要因素对活性炭孔隙结构、表面化学特性和重金属离子吸附效果影响

2影响因素分析

生物质基活性炭吸附重金属离子的影响因素可归纳为以下几方面:pH、温度、初始浓度、吸附剂添加量、吸附时间、共存离子等。

2.1pH对吸附的影响

pH是影响重金属离子吸附的重要因素之一，它不仅决定重金属离子的存在状态，而且影响活性炭˙02˙2017年1月刘琼等:生物质基活性炭处理重金属废水研究进展上活性基团的性质。张华［23］制备柚皮基活性炭吸附Cr(Ⅵ)，结果表明，随着pH升高，Cr(Ⅵ)去除率逐渐降低。

pH不同Cr(Ⅵ)的存在状态不同，pH=1时，Cr(Ⅵ)以H2CrO4形式存在，当1＜pH＜5时Cr(Ⅵ)主要以HCrO－4形式存在，当pH继续升高，HCrO－4逐渐转变为CrO2－4和Cr2O2－7。柚皮基活性炭的等电点为5.67，当1.00＜pH＜5.67时，活性炭表面带正电荷，对以阴离子存在的Cr(Ⅵ)存在静电引力，吸附量较高，且随着pH升高，活性炭表面的正电荷逐渐被中和，吸附率下降。

而且在pH＜2的强酸条件下，吸附在活性炭表面的Cr(Ⅵ)可能被活性炭上的给电子体还原为Cr3+进入溶液中(静电斥力存在)。当pH＞5.67时，活性炭表面带负电，与同样带负电的Cr(Ⅵ)阴离子产生排斥作用，并随着pH增加排斥作用愈明显，去除率降低。

2.2温度对吸附的影响

对于多数吸附材料而言，温度是重要的影响因素。当吸附为吸热反应时，随着温度升高吸附率增加，但超过一定温度会使吸附材料的结构发生变化，从而破坏重金属离子与吸附材料络合稳定性，导致吸附率下降;反之，当吸附为放热反应时，随着温度升高吸附率降低。

Zabihi等［24］研究19、29、39℃下Hg2+浓度随时间的变化，表明随着温度的升高，活性炭表面用于吸附的活性中心增加，内扩散进程加快致使Hg2+浓度下降，随着温度升高吸附率增加，但不同温度下Hg2+浓度达到平衡的时间基本不变。

2.3浓度对吸附的影响

当重金属离子浓度较低，吸附材料表面的初始吸附位点较多时，吸附率较高;随着离子浓度升高，吸附位点相对越来越少，离子之间竞争吸附位点，导致去除率下降。Huseyin等［25］研究Cd2+浓度变化对活性炭吸附效果的影响，随着Cd2+浓度增大，吸附率下降而单位吸附剂的吸附量增加，这与活性炭表面的活性位点的数量与结合Cd2+的能力有关。

2.4投加量对吸附的影响

活性炭投加量在一定程度上决定重金属离子的吸附量。随着投加量的增大，重金属离子去除率增加。Masood等［26］制备尼姆树基活性炭吸附Ni2+，随着活性炭投加量增加，Ni2+的去除率显著增加。这是因为当溶液中重金属离子浓度一定时，随着投加量的增大，与重金属离子结合的活性位点增多，去除率增加，溶液中重金属离子浓度减少。

延伸阅读：

电镀废水重金属废水混排膜处理技术研究

浅谈几种吸附材料处理重金属废水的效果

工业重金属废水资源化回收及稳定达标解决方案

β-环糊精及其衍生物处理水中重金属的研究进展