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活性炭負載過渡金屬用于铯的吸附
银牛娱乐首页:韩研网络部 更新时间:2019-10-29 15:04:19

  铯由于其結構與鉀非常相似,因此它可以替代鉀,並且易于摻入土壤和水中,從而破壞了生態系統。因此,需要從放射性廢水中去除铯,以避免所有這些對人類和環境的不利影響。一般經濟適用的方法是使用吸附材料吸附,在這種情況下,已經測試了不同的吸附劑,例如沸石,活性炭和過渡金屬MHCFe等。

  具有高表面積和發達孔隙率的活性炭被認爲對吸附的許多汙染物效果很好。此外,活性炭具有低成本和高機械強度以及對熱,化學物質和輻射的良好抵抗性。這些材料是較早被研究爲铯吸附劑的材料。菱沸石,沸石和活性炭的混合吸附劑也已用于從低含量的廢液中同時去除铯和碘。許多實驗表明,能除去铯的活性炭的原材料如鋸末椰子殼,杏仁殼或不同的種類活性炭。影響這些材料對铯的吸附行爲的主要因素是溶液的pH值和濃度,一些共存離子的存在以及吸附溫度。材料特性也可能影響吸附能力。過渡金屬(MHCFe)是另一類有趣的材料,由于其立方結構的尺寸與铯離子的擴散兼容,因此對于铯的吸附效果很好的。

  在這些複合材料中,由于活性炭與過渡金屬MHCFe的結合能力特別重要,因此這兩種組分都具有吸附能力。在本研究中,提出了一種簡單的兩步浸漬方法來設計新的納米複合材料,該材料結合了高度多孔的活性炭和不同的過渡金屬(鎳,铟和銅)MHCFe。對于從水溶液中去除铯離子,評估了這些合成的納米複合材料的吸附性能。此外,還研究了活性炭表面化學性質對納米複合材料吸附效率的影響。從材料的孔隙率,表面化學性質和金屬相方面討論了吸附機理。官能化碳載體與過渡金屬的結合被證明是通過不同機理提高铯吸附能力的有效方法。

  铯吸附測試

  使用原子吸收光谱仪测量铯的吸附容量。用于铯检测的原子吸收中使用的波长为852.1 nm。选择硝酸铯(CsNO 3)作为接触溶液中的前体,其浓度固定为2 mmol/L(265 mg·L -1)。在室温下搅拌下进行24小时的接触时间的测量。已经对铯浓度进行了校准,以允许进一步量化。接触溶液中使用的纳米复合物浓度固定为1 g·L-1。因此,使用了50 mg活性炭或活性炭负载过渡金属复合材料和50 mL铯储液来计算活性炭的吸附量。

  過渡金屬類型的影響

  首先研究了金属类型对活性炭负载过渡金属的形成及其吸附能力的影响。通过TEM和STEM研究获得了纳米复合材料的一般形态和结构特征(图1)。在活性炭负载过渡金属材料镍和铟的经典TEM图像上未观察到纳米颗粒。由于STEM图像的对比度取决于原子序数Z,因此金属相将比碳基质亮。这种行为促进了金属纳米颗粒在碳基质中的定位。STEM模式显示金属以非常分散的方式存在于活性炭负载过渡金属材料镍和铟中。这可能与碳基质中颗粒的高密度有关。活性炭载复合铜的形态有很大不同,纳米颗粒在经典TEM和STEM技术中均清晰可见。它们分散在碳网络中的分布非常不均匀,其大小在10至30 nm之间变化。

  圖1:活性炭載複合金屬鎳(A,B),銅(C,D)和铟(E,F)的(左)經典TEM和(右)相應的STEM圖片。

  進行EDX映射以獲得有關顆粒的局部化學組成的更多信息。作爲示例,圖2呈現了活性炭載鎳材料的EDX映射。如觀察到的圖2中,鎳和鐵,還鉀的存在下,在該材料檢測。這三種金屬的EDX映射的疊加顯示出完美的匹配,表明納米粒子結構中存在所有這些金屬。除小顆粒外,還觀察到一個位于碳末端的大顆粒,並且鎳比其他金屬富集。對于活性炭載銅和铟在顆粒結構中也發現了鉀的存在。

  圖2:活性炭負載過渡金屬鎳材料的EDX圖譜,顯示了納米粒子中鎳,鐵和鉀的存在。

  活性炭表面化學的影響

  活性炭的表面化學在通過浸漬過程的納米複合材料合成中具有重要作用。氧表面官能團的性質和濃度可能影響納米顆粒的形成以及铯的吸附。可以使用熱處理和化學處理來修飾表面官能團。可以進行氣相或液相氧化以增加表面上存在的氧基團的濃度。使用硝酸處理來增加羧基(-COOH)的濃度。考慮到在合成的納米複合材料中铯對铯的吸附性能最高,選擇了活性炭載複合銅納米複合材料來研究表面化學的影響。

  這些樣品的氮吸附等溫線和孔徑分布如圖3所示。。盡管活性炭和活性炭負載過渡金屬樣品的等溫線是I/IV型,結合了微孔和中孔性,但很難觀察到這些曲線的中孔部分,而活性炭負載過渡金屬樣品的等溫線幾乎消失了,說明了中孔性。該觀察結果與孔徑分布曲線一致,進一步顯示了孔徑和尺寸的減小。另外,我們注意到,在兩種情況下,過渡金屬銅相的引入均導致窄的孔徑分布。這可能表明活性炭孔中存在一些顆粒。多孔性的降低和氧官能團濃度的增加可能會影響铯的吸附性能。

  圖3:幾種活性炭材料的氮吸附等溫線和孔徑分布。

  新颖的纳米复合材料是由活性炭和使用合成的过渡金属(镍,在,铜)在简单的浸渍过程中获得。纳米复合材料具有相似的孔隙率,但是金属纳米颗粒的大小和分布不同。在这些材料中,纳米复合活性炭载铜表现出较好的铯吸附性能。因此,该活性炭的表面化学用硝酸处理,以使之更适合作为这些金属相载体改性。铯吸附測試表明,对于活性炭材料的吸附。这种行为可能与活性炭的富氧表面化学有关,这是比多孔特性更有利于铯吸附的关键参数。此外,与使用未改性的活性炭对应纳米复合物相比,改性后的活性炭载过渡金属获得的铯吸附能力大大提高。这些性能可能会进一步促进被铯污染的水的处理净化。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,淨水活性炭.

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