定制活性炭和炭黑吸附剂以高效去除多环芳烃（PAHs）

摘要

工业废水中的多环芳烃（PAHs）由于其致癌性、生物累积潜力以及对传统处理方法的抗性，对环境和健康构成了严重威胁。本研究探讨了硝酸功能化处理和金属离子交换对活性炭（AC）和炭黑（CB）这两种代表性碳基吸附剂的结构特性及蒽吸附性能的影响。硝酸处理炭黑后促进了介孔的形成，并引入了含氧官能团，使蒽的去除效率从69%提高到了74%（进料与碳的比为200:1）。相反，硝酸处理活性炭后去除效率从60%下降到了50%，这归因于微孔体积的变化，这一变化通过Brunauer–Emmett–Teller（BET）比表面积测试得到了证实。金属离子交换降低了两种材料的吸附性能，原因是纳米颗粒发生了聚集且比表面积减小；然而，含有Ni和Zn的炭黑仍保持了62%和66%的适度去除效率，这表明这些金属在材料中的分散效果较好。离子交换样品的BET比表面积与蒽吸附量之间存在强线性相关性（R² = 0.9483），这表明在缺乏表面官能团的情况下，范德华相互作用是主要的吸附机制。最优吸附剂CB-2N在连续五次再生循环后仍能保持70–74.5%的稳定去除效率，显示出优异的结构稳定性和可重复使用性。这些发现为工业PAH治理应用中碳吸附剂的选择和功能化提供了合理的设计原则。