水中的硬度是指存在的二价离子，例如铁，锰，钙和镁。然而，钙和镁是水硬化的主要问题。一般活性炭的生产都需要高活化温度，这种方法比较损耗热量导致成本比较高，导致高能量成本。因此，我们研究了在低温情况下的一步热解过程，以获得用于除水硬度的KMnO 4改性的活性炭。由于KMnO4预处理的生物质是软质材料，因此可以预期用于生产KMnO 4改性活性炭的活化温度降低，这强化了活性炭对水中硬度离子种类的高吸附能力。

　　除水硬度活性炭的制备

　　将来活性炭原材料在110°C的烘箱中干燥3小时，然后通过用KMnO 4浸渍1小时后，将浸渍的预处理炭化料在烘箱中在110℃下干燥6小时。然后将干燥的浸渍过的预处理的活性炭原料在200，300，400和500℃下用温度以10℃每分钟的速率升高热解，在电炉闭合坩埚中的部分氧气冲击下制成活性炭。将活化后的活性炭冷却至室温并储存在干燥器中备用。

　　图1：在300℃下制备并用不同浓度KMnO 4改性的活性炭SEM图像。

　　热解的未改性活性炭显示出相对均匀和光滑的表面，带有一些皱纹(图1a)。可以看出，随着KMnO 4浓度的增加，热解产物的表面形态更加破坏(图1b- d)。用KMnO 4改性后，热解的改性产物的表面上覆盖有小颗粒。假设小颗粒是MnO 2和其他氧化物。此外，还表明热解的改性活性炭的表面填充有许多空腔并表现出粗糙度，这些特征随着KMnO 4的增加而增加4浓度。然而，随着KMnO 4浓度的增加，小颗粒的含量增加。结果表明活性炭的BET表面积和多孔体积随着KMnO 4浓度的增加而降低，而平均孔隙率尺寸呈现出略微上升的趋势。

　　钙和镁吸附实验

　　使用具有不同硬度的蒸馏水制备该实验的溶液，来进行批量进行活性炭对钙和镁的吸附实验。通过使用溶解在蒸馏水中的CaCl 2和MgCl 2制备硬度值为40,100或200mg的溶液。硬度值40,100和200mg分别对应于软水，中硬水和硬水。模型硬度溶液的pH值在8.0和8.7之间。吸附实验方法是将改性活性炭(0.05-1.5g)加入到锥形烧瓶中的25cm 3 Ca 2+和Mg 2+溶液(40,100 和200mg dm -3)中。 。将悬浮液在120rpm和32±2℃的温度下连续摇动。吸附后，通过以4000rpm离心10分钟分离水相。通过FAAS用空气-乙炔和阴极在Ca-或Mg-空心阴极灯上测定Ca 2+和Mg 2+浓度。

　　活性炭对水硬度的去除结果

　　对于吸附实验，仅研究用3.0wt%KMnO 4热解和改性的活性炭，能对于水处理足够稳定并且以较小的热解温度生产。因此，选择该样品用于线束移除实验。值得注意的是，热解的未改性活性炭在水硬度溶液中相当不溶。这表明热解的未改性活性炭的表面是非常疏水的。在活性炭对Ca 2+和Mg 2+离子的吸附效率中可以看出，Ca2+的吸附效率和Mg 2+离子增加了与具有相同硬度浓度的溶液增加吸附剂用量，并用硬度浓度的增加而降低对于相同的吸附剂剂量(图2)。然而，吸附容量随着初始硬度浓度的增加而增加。此外，可以看出Ca 2+和Mg 2+离子对用3.0 wt%KMnO 4改性的活性炭吸附效率与在相同剂量和硬度浓度下热解的未改活性炭观察到的值相比，改性的活性炭更高。此外，对于相同的剂量和硬度浓度，Ca 2+离子(图2a)与Mg 2+离子(图2b)相比显示出更高的吸附效率，这表明活性炭对Ca 2+离子的选择性更高。

　　图2：活性炭对Ca 2+离子和Mg 2+离子吸附效率。

　　可以得出结论，用KMnO 4改性的活性炭能在低温度下生产能减少热能损耗降低成本。当观察SEM的结果时，在用KMnO 4改性后更多地在活性炭生物质原料表面上覆盖有小颗粒。这些形态变化是由于KMnO 4对生物质结构的破坏和热解。由于较高的高锰酸钾浓度，生物质的孔壁被腐蚀，原始微孔连续膨胀并且相邻微孔的壁完全燃烧，导致中孔和大孔的形成。这些现象具有降低改性产物的孔容量和比表面积的效果。可以看出，孔隙率的平均孔隙率几乎都是微孔。虽然，KMnO 4改性后的活性炭表面积和多孔体积降低了。但是，由于表面官能团的原因，活性炭从水中去除硬度得到了增强。