高 雨，王 将

（武汉工程大学化学与环境工程学院,教育部绿色化工过程重点实验室,湖北 武汉 430205）

酚类化合物是重要的化工原料[1]。由于其毒性大且在环境中存在持久性长，我国环保部门和美国国家环保署将其列为优先污染物。活性炭化学稳定性好，是最常用的吸附剂之一[2,3]。实验表明，对氯苯酚在活性炭上的吸附受活性炭的比表面积、孔结构分布和表面官能团的影响[4]。本实验以细菌纤维素为前驱体通过氨气活化制备新型活性炭，研究其对对氯苯酚的吸附特性。

1 实验部分

1.1 实验材料与设备

材料：细菌纤维素膜，海南椰国食品有限公司提供。对氯苯酚（p-CP）、活性炭、氯化钠、氯化钙、盐酸和氢氧化钠从国药化学试剂有限公司购买。

设备：紫外可见分光光度计（Cary 60，安捷伦），SHA-CA型水浴恒温振荡器（苏珀仪器），管式电阻炉（OTF-1200X-60，合肥科晶），酸度计（pHS22，上海雷磁）。

1.2 实验方法

1.2.1 吸附剂准备

细菌纤维素（BC）冷冻干燥后，氮气保护下管式炉中850℃碳化30min，制备的样品命名为Carb-BC，氨气氛围下保温30min，制备的样品命名为Act-BC。以商业活性炭（CAC） 作为对照。

1.2.2 纳米活性炭表征

通过氮气吸附脱附测试（BET）和扫描电子显微镜（SEM）对样品进行表征。

1.3 吸附等温线

取一系列样品瓶，分别加入相同量的吸附剂和10mL不同浓度的模拟废水。每种吸附剂的吸附等温线实验均设置10种不同的初始浓度（C0），每个浓度水平下均设置平行样品和空白对照。将所有试剂瓶在25℃水浴恒温振荡器上以150r/min震荡600min，达到吸附平衡后，过滤并通过紫外可见分光光度计测量滤液的吸光度，计算吸附剂的单位吸附量和去除率。

2 结果与讨论

2.1 pH值的影响

溶液的pH会对吸附剂表面官能团、吸附质的电离水平有较大影响[5]。由图1可知，当pH≤8时，随着pH值不断增大，Act-BC对p-CP的吸附容量不断增加；当pH＞8时，随着pH值增加，吸附容量急剧下降。

图1 不同pH对吸附的影响Fig.1 Effect of different pH on adsorption

2.2 吸附等温线

公式（1） 和公式（2） 分别显示了两种常见的等温吸附模型Freundlich和Langmuir。Langmuir模型至少具有四种不同的线性形式[6]，采用拟合相关性最佳的线性形式来确定相关系数。

图2 (a)Langmuir模型拟合 (b)Act-BC扫描电镜图Fig.2 (a)Langmuir model fitting and (b)Scanning electron microscope image of Act-BC

其中KL和qmax分别是与吸附能有关的常数 (L/mg)和最大单层吸附容量 (mg/g)，KF和n分别是与吸附容量有关的常数 (mg1-nLn/g)和吸附能异质性相关常数。

Langmuir模型拟合图比Freundlich模型拟合图更接近实验数据，Langmuir模型拟合的R2值都接近或高于0.990（如图2），这表明Langmuir模型更适合。表1列出Langmuir方程式计算出的最大理论平衡吸附量（qmax）的顺序为Act-BC＞CAC＞Carb-BC，Act-BC的理论最大平衡吸附容量可以达到251.2 mg/g。Carb-BC经过氨气活化后对p-CP的吸附能力增强，从孔结构表征（表1）可以看到Act-BC的比表面积和总孔容要优于Carb-BC。虽然CAC的比表面积要大于Act-BC，但是对p-CP的吸附效果要弱于Act-BC，这可能归因于CAC以微孔为主，虽然孔隙发达但是孔利用率较低，吸附质难以到达微孔，而Act-BC介孔比要大于CAC且三维结构吸附质易到达较浅的微孔，孔隙利用率高。

表1 吸附剂比表面积及孔结构参数和等温线拟合参数Table 1 Specific surface area and pore structure parameters of adsorbent and Isotherm fitting parameters

3 结论

1)氨气活化细菌纤维素制备的纳米活性炭（Act-BC）呈网状结构，具有多级孔结构，对水中对氯苯酚的吸附量高达251.2 mg/g，高于市面上传统活性炭，具有良好的应用潜力。

2）经氨气活化后，Act-BC存在较多微孔但总体上介孔比仍然高于CAC，虽然CAC比表面积较大但是吸附容量较低，归因于CAC以微孔为主，孔结构利用效率低，而Act-BC纤维直径较细且呈纤维网状多级孔分布，使得吸附质分子更容易到达孔内表面，孔路径变短从而提高了吸附容量。

3） Langmuir等温线模型可以更好地描述吸附过程，该过程为均匀吸附表面上的单分子层吸附。