表面嫁接改性活性炭及其吸附性能研究

发布时间：2017-08-14 23:06

  本文关键词：表面嫁接改性活性炭及其吸附性能研究

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【摘要】：目前,工业生产环节中,溶液中有机物浓度过高对产品质量、使用性能起到负面的作用,同时有机物在工业废水中所占的比例逐年上升。如何有效控制水溶液中有机物浓度,成为解决问题的关键。活性炭在水处理领域依靠其吸附性能良好的特点被广泛应用,但传统使用的活性炭在吸附效果和选择性吸附等方面还存在不足。本文采用表面嫁接化合物、高分子聚合物的方法对活性炭进行改性,以期达到选择性吸附、大幅提高吸附能力的目标,为制备生产新型吸附材料提供一种新思路。本研究采用表面氧化改性和嫁接化合物改性相结合的方法对原样活性炭进行表面改性处理,得到两种改性吸附剂材料：多羧基活性炭和季铵盐改性活性炭。采用FT-IR、XPS、低温氮吸附-解吸,Zeta potential对改性吸附剂材料进行表征。同时研究了两种改性吸附剂多羧基活性炭和季铵盐改性活性炭分别对阳离子有机物罗丹明6G和阴离子有机物十二烷基苯磺酸钠的吸附情况,对吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学等内容展开研究。此外,考察了改性吸附剂选择性吸附的效果以及可能存在的吸附机理,得到以下结论：(1)多羧基活性炭吸附罗丹明6G溶液和季铵盐改性活性炭吸附十二烷基苯磺酸钠溶液,最佳吸附条件分别为pH=4.45和2.22,吸附时间分别为2.5h和4h,吸附剂用量20 mg,溶液体积10 mL时,极限吸附初始浓度为280mg/L和220 mg/L。(2)应用Langmuir吸附等温线模型和准二级动力学模型能更好的拟合说明改性吸附剂的吸附过程。通过252、35℃、45℃温度条件下研究吸附量,发现升高温度对吸附有促进作用。在温度25℃时,对罗丹明6G和十二烷基苯磺酸钠最大吸附量分别为122.55 mg/g和77.85 mg/g,与未改性原样AC的吸附量44.7 mg/g和55.37 mg/g相比,有了显著提升。(3)通过对吸附热力学参数△G°、△H°和/△S°的计算发现,改性吸附剂材料对罗丹明6G和SDBS的吸附是一个自发的过程,AH°值为正,说明吸附反应是一个吸热反应,△S°值为正,说明温度越高,罗丹明6G和SDBS吸附在改性活性炭表面过程自发性越强。提高温度,促进了吸附剂对吸附质的吸附。
【关键词】：改性活性炭 表面修饰 阴、阳离子有机物 吸附
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ424.1;X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 工业废水及工业废水处理研究现状11-13
• 1.1.1 工业废水介绍11-12
• 1.1.2 工业废水处理方法及研究现状12-13
• 1.2 吸附理论13-15
• 1.2.1 流体-固体表面的吸附13
• 1.2.2 吸附方式分类13-14
• 1.2.3 物理吸附力介绍14
• 1.2.4 物理吸附热介绍14-15
• 1.3 活性炭结构性能的概述15-16
• 1.3.1 活性炭表面物理结构特性15-16
• 1.3.2 活性炭表面化学结构特性16
• 1.4 活性炭表面改性方法与吸附应用16-19
• 1.5 研究背景和内容19-21
• 第二章 实验试剂、仪器及表征方法21-25
• 2.1 实验试剂与仪器21-22
• 2.2 实验表征方法22-23
• 2.2.1 傅里叶红外光谱分析(FT-IR)22
• 2.2.2 X射线光电子能谱分析(XPS)22-23
• 2.2.3 比表面积与孔结构分析23
• 2.2.4 Zeta电位分析23
• 2.3 实验工艺与方法23
• 2.4 吸附剂的吸附性能评估23-25
• 第三章 多羧基活性炭与季铵盐改性活性炭的制备及表征25-37
• 3.1 多羧基活性炭的制备25-26
• 3.1.1 活性炭表面氧化和氯化25
• 3.1.2 丁二酸酐修饰聚乙烯亚胺化活性炭的合成25-26
• 3.2 多羧基活性炭的检测表征26-30
• 3.2.1 傅里叶红外光谱(FT-IR)表征结果26-27
• 3.2.2 X射线光电子能谱(XPS)表征结果27-28
• 3.2.3 孔结构表征结果28-30
• 3.3 季铵盐改性活性炭的制备30-32
• 3.3.1 活性炭表面氧化和氯化30-31
• 3.3.2 季铵盐修饰甘露醇化活性炭的合成31-32
• 3.4 季铵盐改性活性炭的检测表征32-35
• 3.4.1 傅里叶红外光谱(FT-IR)表征结果32-33
• 3.4.2 X射线光电子能谱(XPS)表征结果33-34
• 3.4.3 孔结构表征结果34-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第四章 多羧基活性炭吸附阳离子有机物罗丹明6G37-55
• 4.1 前言37-38
• 4.2 实验部分与结果讨论38-54
• 4.2.1 最大吸收波长的选择38
• 4.2.2 罗丹明6G溶液标准曲线的绘制38-39
• 4.2.3 初始溶液pH值对吸附罗丹明6G的影响39-40
• 4.2.4 吸附剂用量对吸附罗丹明6G的影响40-41
• 4.2.5 吸附时间对吸附罗丹明6G的影响41-42
• 4.2.6 罗丹明6G溶液的初始浓度对吸附的影响42-43
• 4.2.7 吸附动力学43-47
• 4.2.8 吸附热力学47-52
• 4.2.9 选择性吸附及吸附性能的对比52
• 4.2.10 吸附机理52-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第五章 季铵盐改性活性炭吸附阴离子有机物十二烷基苯磺酸钠55-71
• 5.1 前言55
• 5.2 实验部分与结果讨论55-69
• 5.2.1 最大吸收波长的选择55-56
• 5.2.2 十二烷基苯磺酸钠溶液标准曲线的绘制56-57
• 5.2.3 初始溶液pH值对十二烷基苯磺酸钠的影响57-58
• 5.2.4 吸附剂用量对吸附SDBS的影响58
• 5.2.5 吸附时间对吸附SDBS的影响58-59
• 5.2.6 罗丹明6G溶液的初始浓度对吸附的影响59-60
• 5.2.7 吸附动力学60-64
• 5.2.8 吸附热力学64-68
• 5.2.9 选择性吸附及吸附性能的对比68
• 5.2.10 吸附机理68-69
• 5.3 本章小结69-71
• 第六章 结论71-73
• 参考文献73-81
• 致谢81-83
• 附录 攻读硕士期间发表论文及参加项目83

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本文编号：675137