氯堿通過(guò)氯堿工業(yè)釋放到環(huán)境中。根據(jù)研究表明，氯酸鹽在環(huán)境中不易分解，并且對(duì)某些動(dòng)植物有危害。關(guān)于向環(huán)境中釋放氯酸鹽的來(lái)源通常是紙漿和造紙廠的廢水，還有石化和發(fā)電廠，肥皂和水處理化學(xué)品等行業(yè)。并且在石油化工廠中，氯堿工廠可能是工業(yè)園區(qū)的一部分，例如二氯乙烷和聚氯乙烯。這些都是潛在的鹽水和氯酸鹽釋放到環(huán)境中的來(lái)源。在本文中我們測(cè)試了三種常見(jiàn)的活性炭，即煤、椰殼和果殼活性炭，以研究其對(duì)化學(xué)再生的適應(yīng)性。選擇這三種類型的活性炭是因?yàn)樗鼈兊目讖讲煌�，以確定哪種合適吸附氯酸鹽。

　　吸附實(shí)驗(yàn)方法

　　這些實(shí)驗(yàn)使用了來(lái)自氯堿工廠的氯堿工廠鹽水溶液。使用分析試劑級(jí)5%w/w的碘化鉀(KI)溶液，1：1的冰醋酸(CH 3 COOH)和0.1 N的硫代硫酸鈉(Na2 S2 O3)溶液進(jìn)行滴定和中和。此外，使用實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備的蒸餾水和氯酸鈉(NaClO 3)(Merck)，淀粉溶液和小規(guī)模色譜柱組件和氯氣測(cè)試組件。所使用的活性炭是煤質(zhì)、椰殼、果殼活性炭。測(cè)試的再生劑為17%w/w HCl溶液。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始直接將椰殼、果殼和煤質(zhì)活性炭浸入氯酸鹽中。選擇椰殼和果殼活性炭，因?yàn)樗鼈冎饕�由微孔組成，更適合吸附較小的分子。將活性炭放置在如圖1所示的柱中，并使含氯酸鹽的鹽水溶液以受控的流速流過(guò)其中。下面說(shuō)明使活性炭和氣體測(cè)試飽和的方法。一式兩份進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以確認(rèn)可重復(fù)性。

　　圖1：設(shè)備組裝，使用氯酸鹽使活性炭吸附飽和。

　　活性炭酸化的影響

　　為了測(cè)試酸化的效果，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：首先將活性炭浸泡在17%w/w HCl中，然后用水沖洗。用椰殼，果殼和煤質(zhì)活性炭進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。獲得的結(jié)果記錄在圖2中。結(jié)果表明，與普通(非酸浸泡)活性炭相比，酸浸泡的活性炭對(duì)氯酸鹽的吸附更高。所有這三種類型的活性炭均顯示出鹽溶液中氯酸鹽的較高吸附。在測(cè)試的三種類型的預(yù)酸化活性炭中，椰殼的氯酸鹽吸附量較高，而果殼的比較低。但是，與未酸化的活性炭相比，在煤質(zhì)活性炭中觀察到吸附量有改善。這些研究表明，活性炭的酸化可提高其氯酸鹽的吸附能力。

　　圖2：正常和酸化活性炭之間吸附氯酸鹽的比較。

　　活性炭吸附實(shí)驗(yàn)后的掃描電子顯微鏡分析

　　使用SEM對(duì)椰殼和煤質(zhì)活性炭樣品進(jìn)行了研究，以更好地了解吸附的發(fā)生。從椰殼和煤質(zhì)活性炭中也獲得了類似的觀察結(jié)果。這里僅進(jìn)一步討論椰殼掃描。椰殼活性炭樣品的制備和標(biāo)記如下：

　　K1–原始椰殼活性炭。

　　K2–活性炭用氯酸鹽飽和后。

　　K3–活性炭用17%w/w HCl再生后(第一次再生)。

　　K4–活性炭再次用氯酸鹽飽和后。

　　K5–活性炭用17%w/w HCl再生后(第二次再生)。

　　K6–活性炭再次用氯酸鹽飽和后。

　　對(duì)原始活性炭(圖3中的K1)的掃描顯示出相當(dāng)均勻的孔。活性炭的結(jié)構(gòu)可以看作是薄片，為不規(guī)則分布和各種尺寸的孔提供了較大的吸附面積。表面上的大多數(shù)可見(jiàn)孔都在5微米范圍內(nèi)，這與對(duì)椰殼活性炭的預(yù)期一致，而在這5微米孔內(nèi)可以看到小于1微米的較小孔。圖3中的K2顯示了在氯酸鹽吸附到表面活性部位后活性炭表面的變化。這些孔有變化的跡象，因?yàn)槠渲幸恍┪�附氯酸鹽，而其他孔被氯酸鹽和氯化物分子阻塞。在10,000倍的放大倍率下，可以觀察到小孔周圍和大孔入口處的沉積，因?yàn)轭A(yù)計(jì)表面活性基團(tuán)會(huì)大量存在于這些區(qū)域。活性炭的酸性再生極有可能形成了表面活性部位，從而增強(qiáng)了活性炭吸附大量氯酸鹽的能力。

　　圖3：吸附和再生后椰殼活性炭的掃描電子顯微照片。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)論

　　研究表明，活性炭能夠從氯堿工廠的鹽水流中去除足夠量的氯酸鹽，從而無(wú)需進(jìn)行鹽水清洗就可以回收所有鹽水。開(kāi)展本研究的目的是確定一種合適的再生活性炭的方法，以使活性炭可重復(fù)用于氯酸鹽吸附。看到HCl增強(qiáng)了再生活性炭對(duì)氯酸鹽的吸附。17%w/w HCl的使用也使該再生步驟成為活性炭的酸活化。在再生步驟中，HCl將一些吸附的氯酸鹽還原為產(chǎn)物，例如氯化物，二氧化氯和氯氣，同時(shí)還再生了活性炭。并非所有的氯酸鹽都轉(zhuǎn)化為氯，某些氯酸鹽可能不可逆地附著在某些表面活性基團(tuán)上。在變化的酸性條件下和使用各種類型的活性炭時(shí)，可能會(huì)發(fā)生不同的反應(yīng)或反應(yīng)的組合，從而導(dǎo)致產(chǎn)生不同數(shù)量的氯氣。這表明優(yōu)化再生步驟以產(chǎn)生所需的還原產(chǎn)物，即氯，二氧化氯或氯化物的可能性。該方法可以回收更多的鹽水，從而減少了氯堿工廠流出的鹽水量。這有助于防止氯酸鹽釋放到環(huán)境中。用HCl處理原始活性炭會(huì)增強(qiáng)氯酸鹽的吸附。

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