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电镀、印染、金属冶炼等工业生产过程会产生含有大量铜离子的废水,铜离子作为常见的重金属离子污染物对人类健康以及生态环境会造成严重危害。活性炭具有发达的孔隙结构以及丰富的表面活性官能团,其常作为吸附剂来使用。活性炭吸附铜离子的方式有物理吸附和化学吸附,其中化学吸附对吸附效果影响很大。利用等离子体可对活性炭表面官能团进行修饰改性,进而可以提高活性炭对铜离子的化学吸附能力,从而提高铜离子处理效率。本文对磷酸活化的活性炭在空气气氛下进行介质阻挡放电等离子体改性,以及对改性前后的活性炭进行了铜离子吸附实验,研究了不同改性时间(2.5、5、7.5、10、12.5、15min)对铜离子吸附效果的影响,结果表明等离子体改性磷酸活化活性炭之后,其吸附铜离子的性能显著提高。随着改性时间的增加,活性炭吸附铜离子的性能呈现先增加后减小的趋势。在本实验中,改性时间为7.5min时的活性炭吸附性能最佳,其吸附能力相比未改性活性炭可提高152%。对改性后的活性炭在不同初始浓度铜离子溶液(60、100、200mg/L)的条件下进行了吸附实验,结果表明,对于不同初始浓度铜离子溶液,在吸附时间120min时活性炭对铜离子的吸附可达到平衡。之后对不同初始铜离子浓度条件的吸附平衡曲线进行了三种吸附动力学模型的拟合。结果表明,表面扩散模型和化学吸附模型的相关系数较高,内部扩散模型的相关系数较低。可推断出改性后活性炭对铜离子的吸附以化学吸附为主,以表面扩散为辅。研究了溶液温度、pH、活性炭投入量、搅动速度对活性炭吸附铜离子效果的影响,得出最佳吸附条件为:改性时间为7.5min,溶液温度为40℃,pH为5,活性炭的投入量为3g/L,搅动速度为300rpm。通过对活性炭(改性时间7.5min)吸附铜离子前后的红外光谱图进行分析,得出活性炭表面的羧基官能团以及含磷官能团对铜离子的吸附起着关键作用。对吸附铜离子后的活性炭(改性时间7.5min)进行了电镜-元素能谱(SEM-EDX)分析,得出活性炭孔内的磷元素较孔外多,活性炭孔内的铜元素也比孔外多。由此可以进一步推测活性炭表面含磷官能团对铜离子吸附有促进作用。对不同改性时间的活性炭以及磷酸活化活性炭原样进行了磷元素的X射线光电子能谱分析(XPS),得出磷酸根、焦磷酸根对铜离子的化学吸附有促进作用。对不同改性时间的活性炭以及磷酸活性炭原样进行了碳元素的XPS分析,得出羧基官能团对铜离子的吸附有促进作用。综上所述,等离子体改性活性炭可促进含磷官能团(磷酸根、焦磷酸根)和含碳官能团(羧基)的形成,进而提高活性炭吸附铜离子的性能。