背景介紹甲醛(HCHO)作為生產(chǎn)原料和中間體被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中的物質(zhì)合成與制備，含有甲醛的廢水排放到自然水體中難以降解，嚴重污染環(huán)境。生物炭吸附法以其成本低、操作簡單、效率高等優(yōu)點得到了廣泛的應用。利用玉米芯制備的生物質(zhì)炭基多孔材料進行適當?shù)奈锢砘蛘呋瘜W改性可以有效提高多孔材料對甲醛的吸附效率。本研究選擇廢棄玉米芯作為原料，并通過PEI活化處理，制備出一種改性的生物質(zhì)炭材料PEI-AC，進一步分析其理化性質(zhì)及表征結(jié)構，考察研究不同因素對其吸附甲醛能力的影響，旨在為廢棄生物質(zhì)作為吸附材料在處理含甲醛工業(yè)廢水方面提供理論依據(jù)。文章亮點1.用廢棄農(nóng)作物玉米芯作為制備生物質(zhì)炭的原材料，并用聚乙烯亞胺（PEI）對其進行改性，并將其用于水體中甲醛的去除，研究表明其可有效去除水中的甲醛，拓寬了廢棄農(nóng)作物資源的利用范圍；2.通過單因素實驗分析了生物質(zhì)炭投加量、pH值、初始濃度和吸附時間對甲醛去除率的影響，優(yōu)化出對甲醛的最佳吸附條件。內(nèi)容介紹1

實驗部分1.1

主要儀器與試劑1.2

實驗過程1.2.1

材料的工業(yè)分析采用空氣干燥法（標準GB/T211-2007?[22]）測定玉米芯水分含量；灰分以及揮發(fā)物的測定按照標準GB/T212-2008[23]。1.2.2

改性生物質(zhì)炭的制備和表征方法1.3

吸附甲醛實驗1.4

數(shù)據(jù)處理分析1.4.1

去除率和吸附量任一時間生物質(zhì)炭對甲醛的去除率及吸附量計算公式分別為如下：E

=(

C0－

Ct)/C0

(1)q

=(C0

－

Ce)

V/m

(2)式中：E為去除率，%；q為吸附量，mg/g；C0、Ct、Ce依次為甲醛溶液的初始濃度、t時刻濃度和平衡時的濃度，單位均為mg/L；V為甲醛溶液體積，L；m為改性活性炭質(zhì)量，g。1.4.2

吸附等溫線、吸附動力學和顆粒內(nèi)擴散2

結(jié)果與討論2.1

工業(yè)分析2.2

表征結(jié)果分析2.2.1

SEM表征分析改性后玉米芯活性炭表面負載的許多親水性胺基和含氧活性炭表面上的基團使得改性后的玉米芯活性炭能更好，且孔徑變大，使其可以吸附更多的甲醛分子。2.2.2

FT-IR譜圖分析改性后PEI-AC在1080cm-1的特征峰可歸屬于的C-O收縮振動，1380cm-1、1500～1700cm-1和3200～3500cm-1的特征峰可歸屬于活性炭表面N-H的伸縮振動[21]，可能是PEI使其表面的含氮的官能團增加了，從而增強了對甲醛的吸附效率。2.2.3

XRD表征分析AC和PEI-AC的石墨化程度相同而且沒有明顯的尖峰，說明二者的石墨化程度較低[24]。2.3

甲醛靜態(tài)吸附實驗當浸漬比達到0.2:1時，120min內(nèi)對甲醛去除率達到最大，為89.2%；當初始濃度30mol/L時，吸附率為67.4%，再隨著甲醛溶液初始濃度的增加，PEI-AC對甲醛的吸附率急速下降；采用0.3g的PEI-AC時，去除效果高達84.9%，吸附量達到3.51mg/g，隨著投加量增加，去除率逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)；在pH3時，甲醛的去除率為89.2%，吸附量達到6.37mg/g；隨著吸附時間延長至120min，吸附速率逐漸減緩，去除率為80.2%。隨著吸附時間的延長，去除率變得逐漸趨于穩(wěn)定。2.4

吸附動力學分析PEI-AC吸附甲醛的過程較為符合準二級動力學方程，可以判斷該吸附過程為化學吸附。吸附過程同時受到膜擴散和顆粒內(nèi)部擴散的共同影響。2.5

吸附等溫線擬合分析PEI-AC對甲醛的吸附平衡數(shù)據(jù)均符合Langmuir模型，表明單分子層吸附。3

結(jié)論本實驗PEI對玉米芯炭進行改性并應用于廢水中甲醛的吸附。經(jīng)過詳細研究，改性活性炭在針對甲醛的吸附特性方面表現(xiàn)良好。隨著改性劑PEI的增加，PEI-AC對甲醛吸附率不斷增加，當浸漬比在0.2:1時，吸附率達到最大，增加到0.25:1時，去除率會下降。在最適條件下，即pH值為3，PEI-AC添加量為0.3g，初始濃度為10mg/L，吸附時間為2h，可觀察到PEI-AC的吸附效果是普通活性炭的2.11倍。FTIR分析顯示，經(jīng)PEI改性后，活性炭表面的官能團