活性炭降低鱼塘水中氨含量

快盈VIII　　在淡水鱼养殖活动中，水质往往成为养殖者最关心的问题，因为它影响鱼类的生理健康并影响池塘的整体生产力。为了实现可持续和高产的水产养殖，了解和管理养殖池塘的水质非常重要。氨(NH3)是水中存在的化合物之一，如果浓度过高，会变得有毒性，给养鱼户带来问题。本研究旨在使用的活性炭吸附剂降低氨(NH3)水平。

　　水质最重要的参数之一是池塘中的氨水平。氨是一种氮化合物，如果在水产养殖水中高浓度存在，可能对鱼类有毒。淡水中的氨含量可能来自多种来源，包括鱼类废物、未消耗的饲料和鱼类新陈代谢。水中高氨含量会导致淡水鱼养殖出现各种问题，例如氨毒性导致的生长抑制和鱼类应激，这会严重影响养鱼户的经济。建议将0.02 mg/L的氨氮浓度作为海水养殖的安全限值，而将0.2mg/L的氨氮浓度视为淡水养殖的限值。

　　为了解决当前的问题，已经进行了大量的实验，其中吸附是所采用的方法之一。由于其简单、有效且经济实惠，吸附被认为是一种早期且高效的方法。人们已经探索了各种类型的吸附剂来降低水中的氨含量，包括活性炭、螯合材料、沸石、生物吸附剂、MOF和类似物质]。活性炭是碳基材料的一个子集，经常用作吸附剂，并具有特定的优点，例如巨大的表面积、复杂的孔隙结构、卓越的吸附能力、多功能的化学稳定性和官能团。

　　活性炭的制备

　　果壳用作生产活性炭的原料。在果壳废料的合成过程中，第一步是将壳在阳光下干燥3小时。然后将干燥的果壳在350℃的温度下碳化2小时。随后使用研钵将碳化的果壳研磨成粉末，然后过100目筛。样品制备首先称量肉豆蔻壳粉末和预定的1M-HCl溶液。接下来，用1M-HCl溶液将粉末活化24小时。活化后，活性炭过滤并用蒸馏水洗涤，直至pH值变为中性。一旦pH值为中性，活性炭就会在110℃的温度下煅烧1小时。煅烧后，来自肉豆蔻壳的碳在惰性气体气氛(氮气)中在600℃、650℃和700℃的温度下退火2小时。然后用蒸馏水洗涤所得结果以除去金属化合物。氨(NH3)水平降低最多的样品将根据下面的图1进行表征。

　　图1：活性炭制备方案。

　　活性炭吸附氨(NH3)的研究

　　从测试结果可以看出，在700℃温度下，吸附剂质量为6g，浓度为0.2mg/L，降低百分比为90%。氨(NH3)浓度的降低与质量变化的增加和活化温度的升高成正比。吸附剂质量越大且温度越高，氨(NH3)浓度降低得越多。在图2中，显示了活性炭的吸附容量值。因此，可以得出结论，吸附剂质量为2g、温度为700℃时达到最高吸附容量，即0.06 mg/g。然而，尽管700℃下6g吸附剂质量显示出氨(NH3)浓度百分比降低，但与700℃下2g吸附剂质量相比，其吸附容量仍然较低，为0.03mg/g。这是由于NH3吸附过程是由分子间相互作用驱动的，例如静电引力、氢键、范德华相互作用等。此外，结果表明，源自肉豆蔻壳的活性炭可以有效降低氨(NH3)水平。那么活性炭具有良好的稳定性，并通过吸附容量值证明。

　　图2：活性炭吸附能力图。

　　形态和元素组成分析

　　扫描电子显微镜-电子色散X射线(SEM-EDX)是用于各类材料形态和化学表征的重要分析仪器。SEM-EDX元素图通常作为图像使用和处理，从而展平和减少EDX数据中包含的光谱信息。SEM分析结果表明活性炭颗粒呈不规则排列且分散。此外，样品中发生团聚，形成具有相对低多孔表面的球形形状。这将影响吸附能力的有效性，如图3a所示。

　　图3：(a)活性炭的形态结构，(b)元素C、O和Co的分布图，(c)样品中元素组成值表，(d)样品中元素组成值图。

快盈VIII　　此外，EDX分析结果表明碳含量高(C=79.78%)和化学结合氧(O=19.75%)，如图1和2所示。5c和5d。还存在少量钴(Co=0.46%)，它是在碳化过程中出现的并且没有得到最佳转化，并且样品洗涤过程也不是最佳的。下图中，显示了样品的元素分布图，其中碳为红色，氧为绿色，钴为蓝色，分布均匀，如图3b所示。这会影响吸附孔隙结构的形成。

　　活性炭降低鱼塘水中氨含量，发现使用活性炭的吸附机制主要由静电吸引和离子交换驱动。吸附能力的高低通常受到每种材料的表面积和孔径的影响。然而，表面状况并不是影响吸附的唯一因素。另一个可能影响它的因素是材料上官能团的可用性不断增加。官能团在吸附中的重要性已在其他研究中得到阐明。使用 HCl 在活性炭上的吸附机制涉及HCl中存在的离子协助转化为二氧化碳、碳酸盐和其他碳化合物。这有助于增强孔隙结构和表面积，这是提高氨(NH3)吸附能力的重要因素。此外，与其他研究相比，活性炭对氨(NH3)的吸附表现出良好的吸附性能。

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