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，卷:16(1)

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用从农业废弃物中制备的活性炭清理石油泄漏

*通信:

Hadeel Tabbakh阿勒颇大学理学院化学系，叙利亚阿勒颇电话:+ 963-967-225-809;电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

以小麦秸秆、生玉米芯和熟玉米芯为原料，采用50%磷酸化学活化法，N2碳化法制备活性炭大气在500°C。以去除有机物的能力为指标，考察了活性炭的效率浪费比如石油。石油泄漏到水体对环境和人类有害。以煮熟玉米芯为原料制备的活性炭对油脂的吸附性能最佳，吸附量为5.25 goil/吸附剂。在一定的工艺条件下，制备了几种比表面积接近BET的活性炭，熟玉米芯炭的孔体积达到1343.75 m2/g，孔体积为0.9106 cm3/g。采用傅里叶变换-红外(FT-IR)对活性炭进行了表征。光谱学氮的吸附/脱附等温线。

关键字

石油泄漏;活性炭;吸附;磷酸;小麦秸秆;玉米穗轴

简介

石油是最重要的能源和合成原料来源之一聚合物世界范围内的化学品。无论何时石油勘探、运输和储存及其衍生物的使用，都存在泄漏风险，并可能对环境造成重大影响。石油污染影响海洋生物、经济、旅游和休闲活动，因为这些材料的涂层性能。石油泄漏损害了污染地区的美丽;强烈的气味几英里外都能感觉到，过度生长的绿藻改变了海水的颜色和景观[1］．据估计，有320万吨石油被排放到海洋中海洋环境每年(2］．原油溢出海洋环境经历多种风化过程，包括蒸发、溶解、分散、光化学氧化、微生物降解、团聚[1，3.) (图1）.

吸附法是一种常用的石油污染水的修复技术。吸附是污染化学物质附着在固体表面的物理过程。通常，大多数吸附剂具有多孔结构，具有许多细孔，并且存在于单层[4-6］．许多水修复材料实际上已被用于吸附油，其中包括活性炭[7］．活性炭(AC)在工业上广泛用作吸附剂，主要用于液体和气体的净化/分离，也用作催化剂和催化剂载体[8-14］．此外，新应用亦不断出现，特别是有关环境保护及科技发展的应用[15］．活性炭的特点是在碳颗粒中有大量分子大小的孔隙系统。活性炭由非平面的碳层组成(一些线性或单键碳)。这构成了整个碳样品，并解释了整个碳样品上孔隙度的存在和孔隙度的构成。图2显示表面覆盖的机制[16］．

此外，活化试剂种类、时间、浸渍条件、炭化温度、无机杂质等也会影响所得活性炭的性能。农业产品的使用浪费由于活性炭前体也被发现是可再生的，相对较便宜，最终可以利用浪费3.
有效地转化为财富。任何高碳和低碳的廉价材料低无机成分可用作活性炭生产的前驱体。随后，任何木质纤维素材料均可用于活性炭用途[17］．活性炭的合成方法有物理活化和化学活化两种。在物理活化过程中，前驱体首先在惰性溶剂中碳化大气然后在二氧化碳或蒸汽流中激活;而对于化学活化，前驱体在惰性环境中碳化之前先用脱水剂(通常是氯化锌或无机酸)浸渍。本研究采用化学活化法，因为化学活化剂在炭化过程中起着重要的脱水作用，可以最大限度地减少炭化过程中焦油的形成。此外，与物理活化相比，化学活化中使用的温度范围较低。选用磷酸代替氯化锌作为活化剂，以免加重环境污染由于锌化合物的污染，而且在加工阶段更容易回收碳产品，即只需要用水冲洗[18］．

材料与方法

材料

•从当地资源(阿勒颇-叙利亚)收集小麦秸秆和玉米棒。

•伊朗原油(介质)被用作水的污染物。总结了原油的主要物性表1．

•纯度85%的磷酸，气体N₂纯度99.995%，(默克)。

表1:-所调查油的特征。

磷酸化学活化法制备活性炭

用麦秆、熟玉米芯和生玉米芯就地取材制备活性炭。前体在105°C的烤箱中干燥一夜。将干燥的植物样品切割并筛选到所需的目尺寸(1-2毫米)。用50 wt % H浸渍干燥前驱体制备活性炭_3.阿宝₄以1:2.5植物的比例过滤72小时，然后在393 K下过滤干燥。然后将产物装入置于管式炉中的不锈钢立式管式反应器中，在500°C无空气条件下，在纯度为99.995%的氮气流量中以80 ml/min的速度碳化3小时。活性炭制备的原理图如图所示图3［15，19］．

碳化后的产品先用热水冲洗几次，再用蒸馏水冷却，直到出水pH值达到7，在105℃下过滤干燥。将干燥后的活性炭粉碎、筛分至所需的90 μm目尺寸。将制备的活性炭分别用于麦秸、熟玉米芯和生玉米芯，分别设计为WSC、UCC、CCC。

动态吸附油容量的测定

取500ml人工海水样品(3.5% NaCl)放入1l玻璃烧杯中，在烧杯中加入40g油。将盛有原油和人工海水的烧杯安装在震动装置中;向烧杯中加入4克吸附剂，以150次/分钟的速度摇晃15分钟。放油30秒后称量油含量。根据ASTM F 726-99对吸附剂的含油量进行了分析。

(1）

SO=吸附剂初始干重。

SS=试油结束时吸附剂样品的重量。

该测试在23±4°C下进行。所有吸油率测量三次，取平均值[1，20.］．

结构性质的测定

采用氮吸附/脱附法测定了77 K条件下活性炭的孔隙结构特征。在分析之前，样品在573 K真空下脱气3小时。样品被转移到分析系统中，在液氮中冷却。在77 K下进行分析，得到氮吸附等温线。的年代_打赌由BET (Brunauer-Emmett-Teller)方程计算。总孔隙体积估计为相对压力为0.95时吸附的液态N2体积。平均孔隙半径(ra)由式(2)计算[21］．

（2）

结果与讨论

吸油能力

表2考察了三种农用活性炭的吸附性能浪费(麦秸、熟玉米芯和生玉米芯)，以5.25 g活性炭为原料的活性炭吸附油脂能力最佳_石油/ g_吸着剂，因为它比WSC和UCC具有更大的表面积和孔径，这随后通过bet方程的应用得到了证明。

表2:吸油能力。

Brunauer-Emmett-Teller (BET)方程

图4,，5而且6显示N₂所制活性炭的吸附-解吸等温线。这些吸附等温线提供了吸附剂多孔结构的信息。可以看出，根据IUPAC的分类，吸附等温线介于IV型和I型之间。等温线表明制备的活性炭同时具有微孔和中孔[21，22］．

总结了所制备活性炭的结构特征(比表面积、总孔体积和平均孔半径)表3．活性炭的最佳比表面积和孔径是由CCC制备的，因为木质硅质质量的一些成分在蒸煮过程中损失了。

表3:活性炭孔隙率数据。

红外光谱

红外光谱学提供有关活性炭的化学结构的信息。图7,，8而且9显示了通过磷酸活化小麦秸秆、生玉米棒和熟玉米棒获得的合成碳的红外光谱。

所有光谱均显示3420 cm宽的透射带^－1-3450厘米^－1．该带属于羟基和吸附水的O-H拉伸模式。在较低的波数下，该带的位置和不对称性表明存在强氢键。合成碳的FTIR光谱显示脂肪族(2920 cm)的吸收带^－12850厘米^－1: C-H在- ch -中的拉伸;1450厘米^－1: - ch -变形)。近(750)厘米的条带^－1是由于C-H在不同取代苯环上的面外变形。小的带子在1700厘米左右^－1通常是酮、醛、内酯或羧基的C-O伸缩振动。

所制备的活性炭的光谱在1620 cm附近也有一个较强的谱带^－1这是因为芳香环中的碳碳振动。宽频带1000厘米^－1-1300厘米^－1通常与氧化碳一起存在，并在酸、醇、酚、醚和/或酯基团中被分配到C-O拉伸[19］．然而，它也是磷酸活性炭中磷和磷碳质化合物的一个特征[23］．由于吸收带是重叠的，在这个区域的分配是困难的。峰顶在1190-1200厘米^－1也可分为氢键P=O的拉伸模式、P - O - c(芳香族)键的O - c拉伸振动和P=OOH [15］．

结论

综上所述，本研究是一项有利于环境和社会的实践研究，旨在消除石油污染;通过将油颗粒置于活性炭孔表面，总结了活性炭孔的吸附机理。因此，我们成功地利用天然材料制备了多孔结构良好的活性炭浪费(麦秆，生的和熟的玉米)。人们发现，这种农业浪费可作为制造高表面积活性炭的潜在来源，可作为水处理的吸附剂。以熟玉米芯为原料制备的活性炭的最佳BET表面积为1343.75 m²/ g。以5.25 g熟玉米芯为原料制备的活性炭吸附油量最佳_石油/ g_吸着剂．这些活性炭可以通过各种方式(溶剂萃取或挤压)从中提取油来重复使用。

鸣谢

我很感激物理化学研究实验室(Nasouh Alaya博士和Marwa Rabah博士)对我的工作的顺利完成。

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