活性炭制備雜化膜以去除水中的鉻

　　水被有毒離子污染的主要原因是不受管制的工業(yè)，能源生產(chǎn)和采礦，這些物質(zhì)大大增加了水中的污染物濃度。重金屬離子不可生物降解，并且會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響。結(jié)果，它們的生物積累和生物放大作用存在于生物體和食物鏈中造成嚴(yán)重的影響。我們?yōu)榱藦乃�中去除鉻等重金屬離子研究了很多物理和化學(xué)的方法，這次我們通過(guò)使用活性炭和原纖維通過(guò)特殊方法制成的雜化膜，來(lái)針對(duì)鉻等重金屬的去除。

　　活性炭雜化膜的制備

　　在劇烈攪拌下，將在合適條件下于pH2下產(chǎn)生的原纖維溶液滴入活性炭溶液中，以得到最終比例為1：0、2：1、1：1、1：2、1的活性炭混合物。蛋白質(zhì)雜化膜是通過(guò)真空過(guò)濾1.8mL混合溶液，使混合物通過(guò)0.22μm直徑47mm的硝酸纖維素濾膜制備的。為了測(cè)試活性炭去除水中鉻的效率，進(jìn)行了分批實(shí)驗(yàn)和過(guò)濾以評(píng)估重金屬在原纖維和活性炭雜化膜上的吸附能力。在實(shí)驗(yàn)之前，使用0.1M的硝酸將初始濃度不同的氯化汞(II)和鉻酸鈉的儲(chǔ)備水溶液調(diào)節(jié)至pH3.0。為了確定原纖維的去除效率，用100mg/L的重金屬溶液平衡由已知數(shù)量的原纖維熱處理獲得的溶液(1：1wt)，使其最終濃度為50mg/L。實(shí)驗(yàn)在室溫(20°C)，pH3等溫條件下進(jìn)行，并連續(xù)搖動(dòng)(150rpm)24小時(shí)以確保平衡。最后，將所得溶液離心，過(guò)濾并用吸收分光光度計(jì)(進(jìn)行分析。還進(jìn)行了空白實(shí)驗(yàn)，以確保在所用設(shè)備的壁上沒有發(fā)生吸附。

　　原纖維與活性炭雜化膜的SEM表征

　　通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)獲得的雜化膜表面的圖像示于圖1中A和沒有放大該膜的視覺方面中給出圖1d，用2的混合物制備：原纖維和活性炭的1通過(guò)真空過(guò)濾。為了利用原纖維的特性并避免結(jié)塊，原纖維被吸附到活性炭中以增加原纖維的機(jī)械性能和表面積，從而更好地去除重金屬離子。圖1A，C示出了活性炭的特征形態(tài)，并且膜的橫截面具有100μm±10的厚度。[制備了原纖維和活性炭混合膜，厚度為1mm。因此，具有較薄膜的事實(shí)使得水的交叉流更容易通過(guò)其。另外，圖1D中報(bào)道的膜證明是剛性膜，其足夠堅(jiān)固以至于可以在不拆卸的情況下進(jìn)行處理。在制備活性炭的雜化膜時(shí)，顯示了用普通剪刀將其切割的膜的堅(jiān)固性。相反，僅用活性炭精制的雜化膜表現(xiàn)出易碎性，因?yàn)樗�易于分解。此外，圖1B顯示了雜化膜的更高的放大倍率(1.5μm)，這證實(shí)淀粉狀原纖維被吸附并粘附在活性炭表面上，從而證明了均勻雜化復(fù)合物的形成。以這種方式，可以得出結(jié)論，原纖維可用于精制雜化膜，而無(wú)需純化以獲得高質(zhì)量的雜化復(fù)合材料。

　　圖1：活性炭和原纖維混合膜的SEM形貌分析。(A)雜化納米膜表面的圖像，(B)雜化膜的SEM圖像的更高放大率(100×)，以圓圈顯示淀粉樣原纖維粘附到活性炭上，(C)膜的橫截面的SEM圖像，(D)膜的外觀。

　　活性炭對(duì)水中鉻的去除效率

　　使用活性炭雜化膜以25、50和100mg/L分批過(guò)濾吸附鉻和汞的吸附能力如圖2所示。請(qǐng)注意，還單獨(dú)分析了具有活性炭和原纖維的膜。可以注意到，雜化膜的吸附容量結(jié)果為2.53、8.5和11.26mg/g，以初始濃度25、50和100mg/L去除鉻。沒有明顯的證據(jù)表明混合膜的吸附能力不同于單獨(dú)使用原纖維和活性炭的膜。然而，雜化膜顯示出的吸附效果與僅使用市售活性炭制成的膜的結(jié)果一樣好。這可能是由于活性炭和原纖維的協(xié)同作用所致，因?yàn)閮煞N材料都在膜的孔隙率和工作水處理流速之間建立了平衡�？梢越忉尀閮H原纖維的膜就顯示出原纖維的團(tuán)聚，這些原纖維由于疏水性而固定在纖維素膜的表面，因此無(wú)法在膜上進(jìn)行有效的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。

　　圖2：活性炭制備的雜化膜對(duì)汞(藍(lán)色條)和鉻(紅色條)的吸附能力。誤差線為標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=3)。條上的不同字母表示基于最小顯著性差異(LSD)測(cè)試，p水平=0.05時(shí)不同處理之間的顯著性差異。

　　活性炭制備雜化膜以去除水中的鉻。去除研究證實(shí)，活性炭和原纖維的混合膜使用間歇真空過(guò)濾很好地從水中除去了汞和鉻。去除汞和鉻的性能歸因于重金屬對(duì)原纖維的吸引官能團(tuán)的化學(xué)吸附和活性炭孔的物理吸附的協(xié)同效應(yīng)，這導(dǎo)致了制成了適用于去除汞和鉻的混合膜。這種雜化膜的優(yōu)異性能導(dǎo)致可能使用諸如乳清之類的蛋白質(zhì)混合物來(lái)生產(chǎn)原纖維淀粉，從而降低了生產(chǎn)成本，并且方便快捷的過(guò)程。所以這款活性炭新材料能經(jīng)濟(jì)適用于水中的鎘和汞的去除。

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