光合竹活性炭的制备及其吸附性能研究

发布时间：2017-09-02 23:29

  本文关键词：光合竹活性炭的制备及其吸附性能研究

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【摘要】：重金属废水来源于一系列工业生产活动中,一旦进入食物链被人体摄入将造成严重的毒害作用,目前国内外已经开展了大量关于处理含重金属废水的研究。活性炭作为效果显著的吸附材料而被广泛运用于重金属废水的处理之中。然而,采用煤炭等不可再生资源制备活性炭使其成本很高。如今采用来源广泛、再生性强的农林废弃物制备活性炭受到不少学者的关注。光合竹如今作为大量处置固废物用途的一种植物,在我国南、北方均有大量种植且生长速度快,产草量极高,收割后浪费现象较严重。目前有关以光合竹为原料制备活性炭并进行重金属废水处理的研究尚未见报道,其对光合竹废弃物的资源化利用提供了新的途径,同时对此种吸附材料的吸附效果研究有一定的前景和意义。本文以光合竹为原料,采用KOH/NaOH混合活化剂制备吸附材料活性炭。以碘和亚甲基蓝吸附值以及比表面积为评价指标,采用单因素实验方法考察了活化时间、碱炭比、活化温度、KOH/NaOH配比以及炭化温度因素对光合竹活性炭吸附性能的影响。通过表面积测定、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和贝姆滴定法以及扫描电镜(SEM)对吸附材料活性炭进行了表征,对活性炭化学表面含氧官能团进行定性分析,研究了光合竹活性炭物理化学性质;结合吸附动力学考察了吸附时间、活性炭投加量、PH和反应温度等因素对吸附Cd(Ⅱ)效果的影响,主要研究结论如下:(1)以光合竹为活性炭原料,首先通过对KOH、NaOH、KOH/NaOH三种活化剂制备进行研究比较,以亚甲基蓝和碘吸附值为指标,结合比表面积最终确定KOH/NaOH为制备光合竹活性炭的最佳活化剂;单因素实验确定最佳制备工艺条件:炭化温度400℃条件下炭化30min,碱炭比为3:2,KOH与NaOH配比为3:1,浸渍时间为5 h,活化时间60min,活化温度650℃。最佳制备条件下的活性炭亚甲基蓝吸附值202.5mg/g、碘吸附值为1255.5 mg/g。(2)通过BET与Langmuir比表面测试,根据N2吸附-脱附等温线,得BJH介孔分析和T图微孔分析。研究表明,最优条件下所制光合竹活性炭比表面积为2343.9m2/g,吸附平均孔径1.787nm,总孔体积0.902cm~3/g,微孔孔容0.7971cm~3/g,大孔径比例4.97%,介孔径比例59.64%,微孔比例35.39%。且当KOH与NaOH配比在3:1时能产生较多的微孔、较大的微孔孔容以及适量的介孔,能显著提升吸附性能。采用电镜扫描对活性炭表面进行扫描观察;XRD射线衍射分析表明光合竹活性炭是以石墨微晶为基础的无定形炭材料。采用贝姆滴定法,结合傅里叶红外光谱(FTIR)对活性炭表面化学含氧官能团进行定性与定量分析,结果表明KOH/NaOH复合活化后增多了活性炭表面含氧碱性基团数量特别是羟基官能团含量。(3)利用光合竹活性炭处理含镉废水。最佳工艺条件下制备的活性炭对浓度分别为20mg/L、50mg/L、100mg/L的含Cd(Ⅱ)重金属废水处理并进行对比,主要考察吸附时间、活性炭投加量、PH和反应温度等因素对吸附镉效果的影响。研究结果发现随着镉溶液浓度增加,活性炭投加量增加,单位质量活性炭吸附量的增长逐趋缓慢;吸附平衡时间30min为宜,常温(25℃)和PH值为7均有利于光合竹活性炭对镉废水的吸附,去除率最佳达到99%左右。分别用一级动力学方程和二级动力学方程模型进行拟合,结果表明准二级动力学模型能很好拟合吸附平衡数据,模型相关系数达到0.999以上。实验研究发现在Cd(Ⅱ)浓度10-150mg/L范围内Langmuir比Freundlich吸附等温式具有更好的拟合平衡数据,为单分子层吸附,对镉离子最大吸附量q_m为25.575mg/g。
【关键词】：光合竹 活性炭 活化 镉离子 吸附
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TQ424.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 农林废弃物的研究现状12-13
• 1.1.1 农林废弃物综合利用现状12
• 1.1.2 关于光合竹的研究12-13
• 1.1.3 光合竹的应用现状13
• 1.2 活性炭制备研究现状13-15
• 1.2.1 物理活化法14
• 1.2.2 化学活化法14-15
• 1.2.3 其他活化法15
• 1.3 含镉废水处理的研究现状15-17
• 1.3.1 我国镉废水现状15-16
• 1.3.2 镉废水的主要处理方法16-17
• 1.4 活性炭在水处理方面的应用17-18
• 1.4.1 活性炭对重金属的吸附17-18
• 1.4.2 活性炭吸附含镉废水现状18
• 1.5 研究目的及意义18
• 1.6 主要研究内容及技术路线18-20
• 1.6.1 主要研究内容18-19
• 1.6.2 研究技术路线19-20
• 2 实验准备与分析方法20-28
• 2.1 实验原材料分析20
• 2.1.1 实验材料20
• 2.2 实验试剂20-21
• 2.3 实验设备仪器21-22
• 2.4 实验装置与实验方法22-25
• 2.4.1 实验装置22-23
• 2.4.2 实验试剂配制方法23-24
• 2.4.3 Cd(Ⅱ)废水的配制及标准曲线绘制24
• 2.4.4 光合竹基本性质的测定24-25
• 2.4.5 活性炭制备流程25
• 2.5 活性炭分析方法25-28
• 2.5.1 亚甲基蓝吸附值测定25
• 2.5.2 碘吸附值测定25-26
• 2.5.3 活性炭得率的测定26
• 2.5.4 比表面积与孔结构分析26
• 2.5.5 X射线衍射（XRD）分析26
• 2.5.6 扫描电镜（SEM）分析26-27
• 2.5.7 活性炭表面含氧官能团含量测定27
• 2.5.8 傅里叶红外光谱（FTIR）分析27-28
• 3 光合竹活性炭的制备与表征分析28-43
• 3.1 活化剂的选择28-30
• 3.2 单因素实验制备光合竹活性炭30-34
• 3.2.1 活化时间的影响30-31
• 3.2.2 活化温度的影响31-32
• 3.2.3 碱炭比的影响32-33
• 3.2.4 KOH/NaOH配比的影响33-34
• 3.3 光合竹活性炭的表征分析34-41
• 3.3.1 比表面孔结构分析及N2吸附等温线34-38
• 3.3.2 X射线衍射结果分析38-39
• 3.3.3 扫描电镜结果分析39-40
• 3.3.4 表面官能团及红外光谱结果分析40-41
• 3.4 本章小结41-43
• 4 光合竹活性炭处理含Cd（Ⅱ）废水研究43-56
• 4.1 实验准备及方法43
• 4.2 KOH/NaOH配比对吸附Cd~（2+）的影响43-44
• 4.3 光合竹活性炭吸附Cd~（2+）因素实验研究44-48
• 4.3.1 活性炭投加量对吸附效果影响44-45
• 4.3.2 吸附时间对吸附效果影响45-46
• 4.3.3 pH值对吸附效果影响46-47
• 4.3.4 吸附温度对吸附效果影响47-48
• 4.4 光合竹活性炭吸附Cd（Ⅱ）动力学研究48-52
• 4.4.1 准一级动力学模型49-50
• 4.4.2 准二级动力学模型50-52
• 4.5 吸附等温线研究52-54
• 4.6 本章小结54-56
• 结论56-57
• 参考文献57-62
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果62-63
• 致谢63-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张本镔;刘运权;叶跃元;;活性炭制备及其活化机理研究进展[J];现代化工;2014年03期

2 陈诚;任庆功;徐庆瑞;潘晶晶;左同梅;陈龙;李为民;;板栗壳活性炭对重金属离子吸附性能研究[J];离子交换与吸附;2014年01期

3 张福凯;徐龙君;张丁月;;脱灰煤基活性炭吸附处理含镉废水[J];环境工程学报;2014年02期

4 孙艳;;活性炭制备现状及其研究进展[J];中国资源综合利用;2014年01期

5 柏松;;农林废弃物在重金属废水吸附处理中的研究进展[J];环境科学与技术;2014年01期

6 常艳丽;;含镉废水处理技术研究进展[J];净水技术;2013年03期

7 马承愚;毛宇;徐鹏飞;刘建奇;宋新山;;KOH/NaOH活化法辣椒秸秆制备高表面积活性炭与表征[J];功能材料;2013年05期

8 何慧军;杨春平;罗胜联;郑颖;刘莉华;;改性污泥活性炭对水中镉离子的吸附性能[J];环境工程学报;2012年11期

9 胡志杰;郑鹏;叶明清;;利用水蒸气活化稻壳生产活性炭的研究[J];中国野生植物资源;2012年03期

10 黄曼雯;刘敬勇;裴媛媛;蓝静;蔡华梅;王靖宇;陈沛权;王若紫;;废水中重金属处理研究方法综述[J];安徽农学通报(下半月刊);2011年14期

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本文编号：781543