活性炭制备杂化膜以去除水中的铬

　　水被有毒离子污染的主要原因是不受管制的工业，能源生产和采矿，这些物质大大增加了水中的污染物浓度。重金属离子不可生物降解，并且会对生态系统产生巨大影响。结果，它们的生物积累和生物放大作用存在于生物体和食物链中造成严重的影响。我们为了从水中去除铬等重金属离子研究了很多物理和化学的方法，这次我们通过使用活性炭和原纤维通过特殊方法制成的杂化膜，来针对铬等重金属的去除。

　　活性炭杂化膜的制备

　　在剧烈搅拌下，将在合适条件下于pH2下产生的原纤维溶液滴入活性炭溶液中，以得到最终比例为1：0、2：1、1：1、1：2、1的活性炭混合物。蛋白质杂化膜是通过真空过滤1.8mL混合溶液，使混合物通过0.22μm直径47mm的硝酸纤维素滤膜制备的。为了测试活性炭去除水中铬的效率，进行了分批实验和过滤以评估重金属在原纤维和活性炭杂化膜上的吸附能力。在实验之前，使用0.1M的硝酸将初始浓度不同的氯化汞(II)和铬酸钠的储备水溶液调节至pH3.0。为了确定原纤维的去除效率，用100mg/L的重金属溶液平衡由已知数量的原纤维热处理获得的溶液(1：1wt)，使其最终浓度为50mg/L。实验在室温(20°C)，pH3等温条件下进行，并连续摇动(150rpm)24小时以确保平衡。最后，将所得溶液离心，过滤并用吸收分光光度计(进行分析。还进行了空白实验，以确保在所用设备的壁上没有发生吸附。

　　原纤维与活性炭杂化膜的SEM表征

　　通过扫描电子显微镜(SEM)获得的杂化膜表面的图像示于图1中A和没有放大该膜的视觉方面中给出图1d，用2的混合物制备：原纤维和活性炭的1通过真空过滤。为了利用原纤维的特性并避免结块，原纤维被吸附到活性炭中以增加原纤维的机械性能和表面积，从而更好地去除重金属离子。图1A，C示出了活性炭的特征形态，并且膜的横截面具有100μm±10的厚度。[制备了原纤维和活性炭混合膜，厚度为1mm。因此，具有较薄膜的事实使得水的交叉流更容易通过其。另外，图1D中报道的膜证明是刚性膜，其足够坚固以至于可以在不拆卸的情况下进行处理。在制备活性炭的杂化膜时，显示了用普通剪刀将其切割的膜的坚固性。相反，仅用活性炭精制的杂化膜表现出易碎性，因为它易于分解。此外，图1B显示了杂化膜的更高的放大倍率(1.5μm)，这证实淀粉状原纤维被吸附并粘附在活性炭表面上，从而证明了均匀杂化复合物的形成。以这种方式，可以得出结论，原纤维可用于精制杂化膜，而无需纯化以获得高质量的杂化复合材料。

　　图1：活性炭和原纤维混合膜的SEM形貌分析。(A)杂化纳米膜表面的图像，(B)杂化膜的SEM图像的更高放大率(100×)，以圆圈显示淀粉样原纤维粘附到活性炭上，(C)膜的横截面的SEM图像，(D)膜的外观。

　　活性炭对水中铬的去除效率

　　使用活性炭杂化膜以25、50和100mg/L分批过滤吸附铬和汞的吸附能力如图2所示。请注意，还单独分析了具有活性炭和原纤维的膜。可以注意到，杂化膜的吸附容量结果为2.53、8.5和11.26mg/g，以初始浓度25、50和100mg/L去除铬。没有明显的证据表明混合膜的吸附能力不同于单独使用原纤维和活性炭的膜。然而，杂化膜显示出的吸附效果与仅使用市售活性炭制成的膜的结果一样好。这可能是由于活性炭和原纤维的协同作用所致，因为两种材料都在膜的孔隙率和工作水处理流速之间建立了平衡。可以解释为仅原纤维的膜就显示出原纤维的团聚，这些原纤维由于疏水性而固定在纤维素膜的表面，因此无法在膜上进行有效的质量转移。

　　图2：活性炭制备的杂化膜对汞(蓝色条)和铬(红色条)的吸附能力。误差线为标准偏差(n=3)。条上的不同字母表示基于最小显着性差异(LSD)测试，p水平=0.05时不同处理之间的显着性差异。

　　活性炭制备杂化膜以去除水中的铬。去除研究证实，活性炭和原纤维的混合膜使用间歇真空过滤很好地从水中除去了汞和铬。去除汞和铬的性能归因于重金属对原纤维的吸引官能团的化学吸附和活性炭孔的物理吸附的协同效应，这导致了制成了适用于去除汞和铬的混合膜。这种杂化膜的优异性能导致可能使用诸如乳清之类的蛋白质混合物来生产原纤维淀粉，从而降低了生产成本，并且方便快捷的过程。所以这款活性炭新材料能经济适用于水中的镉和汞的去除。