三种活性碳纤维的制备吸附性能研究

发布时间：2020-08-26 16:12

【摘要】：本文主要研究不同原料的活性碳纤维(active carbon fibers,ACFs)的制备及其吸附性能,并尝试将木材下脚料进行改性,提高其吸附性能,以期获得一种低成本高性能的吸附剂材料。以棉短绒、精制棉、粘胶纤维三种不同的原料制备活性碳纤维。采用X射线衍射分析(XRD),比表面积分析(BET),考察了磷酸盐溶液浓度、磷酸盐溶液浸渍时间、活化时间、活化温度对活性碳纤维晶型及结构的影响,确定了制备活性碳纤维的最佳工艺条件。采用扫描电镜分析(SEM)检测发现,在此条件下制备的活性碳纤维纤维形貌较好,表面被水蒸气刻蚀呈现出凹凸不平。将最佳工艺条件下制备的三种活性碳纤维ACF(a)、ACF(b)、ACF(c)(分别以棉短绒、精制棉、粘胶纤维为原料)进行两种不同类型染料刚果红及孔雀石绿吸附实验,讨论了吸附时间、体系pH值、吸附剂剂量、染料初始浓度对吸附效果的影响。主要结论如下:以棉短绒、精制棉、粘胶纤维为原料经磷酸盐浸渍,碳化活化等工艺制备活性碳纤维,最佳工艺条件为:(1)磷酸盐浓度为5%(2)浸渍时间1h(3)425℃碳化60min(4)900℃活化30min以刚果红染料废水为例,吸附实验结果表明:在室温297 K、刚果红浓度200mg/L、pH=6、吸附剂剂量为0.10 g条件下,ACF(a)对刚果红吸附率为93.21%,平衡吸附量为186.43 mg/g;ACF(b)对刚果红吸附率为90.09%,平衡吸附量为180.18 mg/g;ACF(c)对刚果红吸吸附率为91.21%,平衡吸附量为182.43mg/g;三种活性碳纤维等温吸附模型符合均Langmuir等温吸附方程,吸附动力学模型均符合准二级动力学方程;经800℃高温煅烧再生,5次吸附实验后,其去除率仍在90%以上,环保性能较好。三者相比较以棉短绒为原料制备的活性碳纤维ACF(a)的吸附性较好,吸附率最大,吸附量也最大。以孔雀石绿染料废水为例,吸附实验结果表明:在室温297 K、孔雀石绿浓度500 mg/L、pH=8、吸附剂剂量为0.015 g条件下,ACF(a)对孔雀石绿的吸附率为95.31%,平衡吸附量为3177.11 mg/g;ACF(c)对孔雀石绿吸附率为95.57%,平衡吸附量为3185.79mg/g;吸附剂剂量为0.02g条件下,ACF(b)对孔雀石绿吸附率为95.83%,平衡吸附量为2395.87 mg/g;三种活性碳纤维等温吸附模型符合均Langmuir等温吸附方程,吸附动力学模型均符合准二级动力学方程。三者相比较以精制棉为原料制备的活性碳纤维的吸附性较差,吸附率最小,吸附量也最小。对比两个吸附实验,发现活性碳纤维对孔雀石绿染料废水的吸附效果更好。通过比较三者对刚果红和孔雀石绿的吸附实验可知,在酸性条件下有利于刚果红的吸附,碱性条件下有利于孔雀石绿的吸附,且对刚果红的吸附速率更快,整体来说对刚果红染料及孔雀石绿染料都有较好的吸附效果。根据上述实验所得最佳工艺对木材下脚料进行改性,得到材料A。改性后材料A经比表面积分析(BET),结果表明改性后的材料比表面积比改性前增大了100多倍。并以刚果红染料废水为例进行吸附性能研究,吸附实验结果表明:在室温297 K、刚果红浓度200 mg/L、pH=6、吸附剂剂量为0.10 g条件下,改性后的下脚料对刚果红的吸附效果与活性碳纤维相差不多,吸附率为94.34%,平衡吸附量为188.68 mg/g,等温吸附模型符合Langmuir等温吸附方程,吸附动力学模型符合准二级动力学方程。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ342.742;TQ424;X703
【图文】：

刚果红（右）、孔雀石绿（左）结构式

图 2-1 棉短绒（右）Fig.2-1 The picture of cotton linter (right)图 2-2 精制棉（左）Fig.2-2 The picture of refined cotton (left)

图 2-3 粘胶纤维（左）Fig.2-3 The picture of viscose fiber (left)图 2-4 木材下脚料（右）Fig.2-4 The picture of the leftover of wood (right)

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