活性炭與聚乙烯亞胺相互作用

活性炭與聚乙烯亞胺相互作用，已經(jīng)測(cè)定并比較了用于在聚乙烯亞胺-浸漬活性炭上吸附金屬離子的簡(jiǎn)單相互作用參數(shù)(I PEI)。它用于闡明和比較金屬和聚乙烯亞胺浸漬的活性炭表面之間的相互作用程度。使用活性炭吸附經(jīng)常被用來(lái)在最終排放到環(huán)境中之前凈化工業(yè)污水。最近的研究集中在活性炭的化學(xué)改性以改善金屬親和力和/或增加活性炭對(duì)某些金屬物質(zhì)的親和力。一種常用的改性技術(shù)是通過(guò)使用強(qiáng)酸溶液的濕式氧化來(lái)提高金屬親和力。

我們之前已經(jīng)研究了聚乙烯亞胺(PEI)浸漬量和PEI的類(lèi)型對(duì)表面特性以及活性炭的金屬離子吸附能力的影響。PEI是一種公認(rèn)的聚合物，具有高金屬螯合能力，高官能團(tuán)含量，良好的水溶性和化學(xué)穩(wěn)定性。我們確定在8.41wt.%423PEI / 活性炭下的浸漬提供了2.6和1.5倍的鎳和銅吸附容量的最佳增加，表面積與原始活性炭相比減少49% 。我們還表明，只有423-PEI分子顯著地填充了活性炭的微孔，而600-和1200-PEI分子太大(就分子尺寸而言)以滲透微孔。

為了進(jìn)一步闡明聚乙烯亞胺浸漬量對(duì)活性炭上金屬離子平衡吸附容量的影響，本文計(jì)算和比較了PEI浸漬AC上重金屬離子吸附的相互作用參數(shù)(表示為PEI)。應(yīng)該指出的是，I PEI不等于絡(luò)合常數(shù)，只計(jì)算比較重金屬和PEI浸漬的活性炭表面之間的相互作用程度。

所使用的活性炭是通過(guò)以蒸汽作為活化劑的物理活化過(guò)程生產(chǎn)。我們以前進(jìn)行了PEI浸漬和活性炭樣品的物理表征。和使用Phillips XL 30電子顯微鏡分析活性炭的表面形態(tài)。

結(jié)果分析

紋理特征：表1示出了原始和PEI浸漬的活性炭樣品的紋理特征。已確定423,600和1200-PEI的PEI表面飽和度的浸漬百分比分別為29.82,8.26和3.92重量%PEI /活性炭。PEI浸漬百分比的增加降低了特定類(lèi)型聚乙烯亞胺的BET表面積，這意味著較大量的本體溶液中的PEI促進(jìn)了活性炭表面上更高的吸附，導(dǎo)致自由表面積減小。 圖1a和b顯示原始和PEI浸漬的活性炭的SEM顯微照片。處于其表面上的初生樣品孔隙是狹縫狀的，與通常存在于其他農(nóng)業(yè)材料活性炭中的一般蜂窩或圓形孔不同。這表明這些狹縫狀的孔阻礙了1200-PEI分子的吸附，這些分子太大而不能滲透它們。

表1圖：原始和PEI浸漬活性炭的結(jié)構(gòu)特征。

圖1：(a)純凈活性炭和(b)聚乙烯亞胺浸漬活性炭的SEM顯微照片。

為了確保Ni 2+的I PEI值的簡(jiǎn)潔和簡(jiǎn)單， 還基于用于計(jì)算 Cu 2+的I PEI值的方法計(jì)算。表2比較了用于PEI浸漬的活性炭的Cu 2+和Ni 2+的測(cè)定的I PEI值。很明顯，8.41%(重量)423-PEI /活性炭具有最高[PEI-Cu系2+ ]值forv二者的Cu 2+和Ni 2+在3.253和0.452毫摩爾大號(hào)-1分別。這表明表面8.41重量%的423-PEI /活性炭具有最高濃度的PEI-Cu 2+和PEI-Ni2+ 與其他PEI浸漬的活性炭相比較。對(duì)于4.76重量%的423-PEI /活性炭，3.10重量%的600-PEI /活性炭，1.40重量%的1200-PEI /活性炭和2.08重量%的1200-PEI /活性炭，觀察到[PEI]和I PEI的負(fù)值。活性炭提供活性炭表面上所需的PEI分子數(shù)量不足以實(shí)現(xiàn)顯著的絡(luò)合反應(yīng)。計(jì)算的I PEI值呈現(xiàn)出相當(dāng)有趣的結(jié)果，因?yàn)樗鼈兯坪蹼S著不同類(lèi)型的wt.%，PEI類(lèi)型和金屬離子而變化。為了吸附Cu 2+，我PEI對(duì)于8.41重量%的423-PEI /活性炭，4.51重量%的600-PEI /活性炭和3.54重量%的1200-PEI /活性炭，觀察到最高的值。這表明在這些活性炭樣品的表面上Cu 2+和PEI 之間的相互作用程度(其最終導(dǎo)致絡(luò)合)對(duì)于每種類(lèi)型的PEI是最高的。這是由于活性炭表面存在最佳的ACI分子，與Cu 2+接觸的量足夠， 而累積孔體積的減少最小化。

表2圖：聚乙烯亞胺浸漬的活性炭的Cu 2+ 和Ni 2+的I PEI值的比較。

已經(jīng)測(cè)定并比較了用于在聚乙烯亞胺(PEI)- 浸漬活性炭上吸附金屬離子的簡(jiǎn)單相互作用參數(shù)(I PEI)。計(jì)算的IPEI值呈現(xiàn)出相當(dāng)有趣的結(jié)果，因?yàn)樗鼈冡槍?duì)不同類(lèi)型的wt.%，PEI類(lèi)型和金屬離子而變化。該參數(shù)可用于量化存在于多孔材料和金屬離子中的官能團(tuán)之間的相互作用程度。