随着工业活动加剧,铜离子等重金属污染物在水体中的富集已构成严峻环境威胁。传统活性炭物理吸附效率有限,而化学改性活性炭的研发成为突破口。本研究采用含锌离子液体作为结构导向剂,通过环氧丙烯酸酯聚合-高温炭化工艺制备的新型活性炭,实现了对铜离子高达42.22mg/g的吸附容量。
该活性炭生产采用三步法工艺:
1. 含锌离子液体制备:将丙烯酰胺、对羟基苯甲醚与氯化锌按1:0.05:1比例在80℃冷凝回流4小时,形成锌配位结构
2. UV固化涂层制备:将前驱体与丙烯酸、环氧丙烯酸酯、1173光引发剂混合后紫外固化粉碎
3. 高温炭化:氮气保护下以3℃/min升温至800℃煅烧1小时
关键控制点包括:活化剂选择(无水碳酸钠效果优于聚磷酸铵)、环氧丙烯酸酯与丙烯酸2:1配比、pH=4的吸附环境。这些参数通过活性炭生产厂家的严格工艺验证。
实验数据显示该材料具有独特优势:
• 平衡时间短:1小时可达吸附平衡
• 双机理吸附:同时存在化学螯合(N-H/O-H基团作用)和物理吸附
• 温度稳定性好:DSC测试显示熔融峰达364.2℃,塑性变形率<5%
Freundlich方程拟合结果(R²=0.99255)证实其多分子层吸附特性,适用于工业废水处理工厂中复杂重金属体系的处理。
红外光谱(3425cm⁻¹处N-H/O-H峰)证明炭化后仍保留螯合基团;残炭率测试显示无水碳酸钠系列产品残炭率达59.59%,显著提升吸附位点密度。这为特种活性炭加工提供了明确的质量控制指标。
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