核桃壳是一种固定碳和挥发分含量较高而灰分含量较少的含碳物质。中国核桃总产量居世界前列，因此，会产生大量的废弃核桃壳。而用废弃的核桃壳制备活性炭，既可实现核桃壳废弃物的资源化利用，又可降低水处理用活性炭的制备成本，应用前景非常广阔^〔1-4〕。

硝基苯作为典型的硝基芳香化合物（NACs）之一，是一种有毒有机物质^〔5-6〕，其广泛应用于染料、炸药、农药和合成橡胶等的生产^〔7〕。由于硝基苯化合物具有致突变性且性质稳定，易于在环境中积累，属于难降解有机污染物，许多国家已将其列为优先控制污染物^〔8〕。研究表明，采用生物和直接光解的方法处理水中硝基苯的效率较低^〔9-10〕，而物理吸附对其有较好的处理效果。

活性炭内部具有十分发达的孔隙结构和巨大的比表面积, 表面具有含氧等元素的特殊功能官能团，是重要的吸附材料^〔11〕。本研究以NaOH活化法制备了核桃壳活性炭（WSAC），并考察了其对水中硝基苯的吸附性能。该项研究可为农业废弃物核桃壳在处理硝基苯废水方面的应用提供一定的参考。

XL-1马弗炉，北京科伟永兴仪器有限公司；752紫外分光光度计，上海菁华科技有限公司；FW200研磨机，北京市中兴伟业仪器有限公司；STP电子分析天平，上海上平仪器有限公司；CMD-20X智能型电热恒温鼓风干燥箱，上海琅玕实验设备有限公司；THZ-82B数显恒温振荡器，金坛市盛威实验仪器厂；THNSOR27G光谱仪，德国布鲁克公司；JSM-7800F场发射扫描电镜，日本电子株式会社；ASAP2460 BET测试仪，美国麦克默瑞提克公司。

硝基苯（分析纯），天津大茂化学试剂厂；NaOH（分析纯），天津市恒兴化学试剂制造有限公司；核桃壳，产自山西。实验所用溶液均用蒸馏水配制。

将核桃壳用蒸馏水清洗，烘干，粉碎，过20目（孔径850 μm）筛。取40 g经处理的核桃壳粉末，向其中加入一定量的NaOH溶液，常温浸渍一定时间。然后置于马弗炉中于一定温度下焙烧一定时间。将制备得到的WSAC先酸洗，再用蒸馏水洗涤至中性。烘干，粉碎，过60目（孔径250 μm）筛，备用。如无特别说明，实验条件为m（核桃壳，g）∶v（NaOH，mL）为2∶1，浸渍时间为24 h，NaOH浓度为10 mol/L，焙烧温度为600 ℃，焙烧时间为2.0 h。

取一定量的WSAC置于100 mL一定浓度的硝基苯溶液中，在一定的温度下吸附120 min。取样，测定溶液中的硝基苯浓度并计算硝基苯去除率。各实验重复进行3次，确保结果的准确性和重现性。

NaOH浓度（2、5、8、10 mol/L）、焙烧时间（1.0、2.0、2.5、3.0 h）、焙烧温度（500、550、600、700 ℃）对制备的WSAC吸附硝基苯的影响如图 1所示。吸附实验条件：初始硝基苯质量浓度10 mg/L，溶液初始pH为7，WSAC投加量2.0 g/L，吸附温度30 ℃。

由图 1（a）可知，在NaOH浓度为2~10 mol/L范围内，硝基苯去除率随NaOH浓度的增加而增加，最高达99.99%。NaOH浓度越高，其对活性炭表面发生的刻蚀反应越明显，形成的孔隙数量越多、越大，从而促进了WSAC对硝基苯的吸附。

由图 1（b）可知，随着焙烧时间的增长，硝基苯去除率呈先增加（1.0~2.0 h）后降低（2.0~3.0 h）的变化趋势。当焙烧时间较短时，制备的WSAC的孔隙较小，随着焙烧时间的增长，制备的WSAC的孔隙随之变大，使其能够更多地吸附硝基苯分子。焙烧时间过短，制备的WSAC的孔隙小，活化不完全，WSAC对硝基苯的吸附效果有限。但焙烧时间过长，会破坏WSAC的孔隙结构，使孔隙坍塌，不利于吸附硝基苯分子，致使WSAC对硝基苯的去除率降低。

由图 1（c）可知，随着焙烧温度（500~600 ℃）的升高，硝基苯去除率增大，当焙烧温度为600 ℃时，硝基苯去除率超过99%。随着焙烧温度的上升，制备的WSAC的孔隙中充满的NaOH气体增多，改变了原有的孔隙结构，使WSAC对硝基苯的去除率上升。但当焙烧温度＞600 ℃时，制备的WSAC对硝基苯的去除效果反而下降。这可能是由于过高的温度导致WSAC的孔隙结构被破坏，无法吸附更多的硝基苯分子。

WSAC投加量（0.5、1.0、2.0、3.0 g/L）、溶液初始pH（1、3、5、7、9、11、13）、吸附温度（20、25、30、35 ℃）、初始硝基苯质量浓度（10、20、30、40、50 mg/L）对WSAC吸附硝基苯的影响见图 2。如无特别说明，实验条件为初始硝基苯质量浓度为10 mg/L，溶液初始pH为7，WSAC投加量为1.0 g/L，吸附温度为25 ℃。

由图 2（a）可知，随着WSAC投加量的增加，硝基苯去除率呈先增加（0.5~2.0 g/L）后降低（2.0~3.0 g/L）的变化趋势。当WSAC投加量＜2.0 g/L时，随WSAC投加量的增加，其提供的吸附位点增多，使WSAC对硝基苯的去除率增大。但当WSAC投加量＞2.0 g/L时，会导致WSAC颗粒间过多碰撞，阻碍颗粒表面的活性位点与硝基苯分子接触，且阻碍效应明显，导致硝基苯去除率降低较多。

由图 2（b）可知，当pH为7时，硝基苯去除率最高，这可能是由于此条件下WSAC的吸附位点最多，且硝基苯分子中—NO₂上氮、氧的强负电性使其与WSAC表面官能团中的羟基作用生成氢键，为硝基苯提供了一个氢键吸附，增强了WSAC的吸附能力，因此吸附效果最好^〔12〕。酸性条件下，硝基苯溶液中则含有较多的H⁺，其占据一部分孔隙，导致WSAC对硝基苯的吸附效果较差。碱性条件下，WSAC表面呈负电性，且硝基苯分子表现为负电性，根据同性相斥原理，导致WSAC对硝基苯的去除率同样较低。

由图 2（c）可知，随着吸附温度的升高，硝基苯去除率升高。温度升高可促使硝基苯分子的运动速率增加，加大其与WSAC表面活性位点碰撞的机会，使更多的硝基苯分子更快地与WSAC表面接触并被吸附。

由图 2（d）可知，随着初始硝基苯浓度的增加，硝基苯去除率下降。这是由于硝基苯浓度较大时，WSAC表面的活性位点会小于硝基苯分子的数量，其孔隙很快被硝基苯分子填满，导致WSAC对硝基苯的去除率降低。

吸附硝基苯前后WSAC的SEM表征结果如图 3所示。

结果表明，制备的WSAC中形成了一定数量的孔隙。与吸附前相比，吸附硝基苯后WSAC中的孔隙明显减少，大部分孔隙被硝基苯分子占据。

对吸附硝基苯前后的WSAC进行了FTIR表征，结果如图 4所示。由图 4可知，吸附硝基苯前后的WSAC在3 500、

由图 4可知，吸附硝基苯前后的WSAC在3 500、1 600、950、650 cm^-1处均有明显的吸收峰，分别对应于—OH键、C=O键、C—O—C键及—COOH键，说明WSAC表面具有较多的有机官能团。吸附后的WSAC相比吸附前在1 450 cm^-1处多了一个吸收峰，这是由于吸附了硝基苯分子，硝基苯分子含有C—H键，其使吸收光变强，形成了一个吸收峰。

吸附前后WSAC的EDS分析结果见表 1。

由表 1可知，相比于吸附前，吸附后的WSAC中C元素含量升高，O元素和Na元素含量有所降低。WSAC吸附了硝基苯，因硝基苯中C元素质量占比较大，而O元素质量占比较小，所以导致吸附后的WSAC中C元素含量升高，O元素和Na元素含量降低。C元素会影响WSAC结构的生成，并最终影响WSAC对硝基苯的吸附效果。Na元素是由于NaOH在高温分解产生，其有利于WSAC生成孔隙。O元素以—OH等含氧官能团的形式存在，可促使WSAC更好地吸附硝基苯分子。

制备的WSAC的BET表征结果见图 5，其孔隙结构见表 2。

由图 5可知，WSAC的吸附等温线模型符合Ⅳ型等温线。

WSAC对硝基苯的吸附等温线如图 6所示。

由图 6可知，不同温度下，WSAC对硝基苯的吸附量均随硝基苯初始浓度的增加而变大。分别采用Langmuir等温线模型和Freundlich等温线模型对实验数据进行拟合，结果见表 3。

由表 3可知，WSAC对硝基苯的吸附符合Freundlich模型。随着温度的升高，吸附量随之变大，说明WSAC对硝基苯的吸附是一个吸热过程。n＞1，表明WSAC对硝基苯的吸附为优惠性吸附。

不同温度下WSAC吸附硝基苯的热力学分析结果如表 4所示。

由表 4可知，ΔG < 0，表明该吸附的自发性较高。ΔS > 0，说明WSAC吸附硝基苯的过程向着固液表面混乱度增加的方向进行。ΔH > 0，说明吸附过程是吸热反应，升高温度有利于吸附的进行。

（1）WSAC的最佳制备条件：m（核桃壳，g）∶ v（NaOH，mL）为2∶1，浸渍时间24 h，NaOH浓度10 mol/L，焙烧温度600 ℃，焙烧时间2.0 h。

（2）最佳吸附条件：WSAC投加量2.0 g/L，pH= 7，初始硝基苯质量浓度10 mg/L，吸附温度35 ℃。

（3）表征结果表明：WSAC表面具有一定数量的孔隙，并具有较丰富的官能团；其碳元素含量较高，有利于WSAC孔隙结构的形成。BET分析表明，WSAC的吸附等温线模型符合Ⅳ型等温线。

（4）WSAC对硝基苯的吸附符合Freundlich等温线模型，也是优惠性吸附。

（5）目前，农业废弃物核桃壳的利用率不高，本研究将其制成WSAC用于去除水中的硝基苯具有良好的环境和经济效益。