芦竹活性炭的制备、表征及吸附性能研究
发布时间：2021-10-19 23:06
本研究以生物质资源-芦竹为原料,焦磷酸为活化剂制备活性炭。首先优化了常规加热和微波加热下活性炭的制备条件,明确了两种加热方式下制备活性炭的最佳参数,对比研究了常规加热和微波加热下两种活性炭的物理结构、化学性质和吸附行为,然后结合吸附质的特点,对活性炭进行无机和有机改性,调控其孔径结构和表面化学性质,增加对目标污染物的亲和性,提高吸附效果。采用扫描电子显微镜（SEM）、比表面测定仪、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）.X-射线衍射仪（XRD）和X-射线光电子能谱（XPS）分析等现代分析手段对芦竹活性炭的结构形貌、比表面积和孔径、表面官能团和元素含量等性质进行分析表征,采用静态实验方法,在不同的pH、温度、投加量、时间和其它共存离子条件下,考察芦竹活性炭对水体中污染物的吸附性能,结合上述性质分析和表征结果,研究芦竹活性炭与吸附质之间的构效关系,并明确吸附机理。本研究对于芦竹的资源化利用及芦竹活性炭应用于不同性质废水的处理提供理论指导。选择芦竹为原料,焦磷酸为活化剂,普通加热法制备活性炭。通过单因素实验考察了剂料比、浸渍时间和活化温度对活性炭产品得率、比表面积和孔容的影响,筛选出制备活性炭的最优...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
目录
CATALOGUE
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 本文的研究背景、研究目的和意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究目的和意义
1.2 本文所要解决昀关键问题、主要研究内容及创新之处
1.2.1 研究所要解决的关键问题
1.2.2 研究的主要内容
1.2.3 研究的创新点
第二章 文献综述
2.1 活性炭的基本特征
2.1.1 物理结构
2.1.2 表面化学性质
2.1.3 一般吸附特性
2.2 活性炭的制备
2.2.1 制备原料
2.2.2 活化方法
2.2.3 加热方法
2.3 活性炭性质调控技术研究进展
2.3.1 活性炭孔结构调控技术
2.3.2 表面氧化改性技术
2.3.3 表面还原改性
2.3.4 负载物质改性技术
2.3.5 低温等离子体改性技术
2.3.6 其他改性方法
2.4 芦竹资源的利用现状
第三章 实验材料和方法
3.1 实验材料
3.1.1 实验原料
3.1.2 试验器材
3.2 芦竹活性炭的制备
3.2.1 芦竹基本性质的测定
3.2.2 芦竹活性炭的制备工艺
3.3 芦竹活性炭的表征
3.3.1 活性炭得率计算
3.3.2 表面形貌观察
3.3.3 比表面积和孔径分布
3.3.4 红外光谱分析
3.3.5 表面酸性含氧官能团含量测定
3.3.6 表面等电点的测定
3.3.7 活性炭Zeta电位的测定
3.3.8 X射线衍射分析
3.3.9 X射线光电子能谱分析
3.4 吸附试验方法
3.4.1 模拟废水的配制及标准曲线的绘制
3.4.2 芦竹活性炭对废水的吸附研究
3.4.3 吸附动力学模型理论和数值模拟
3.4.4 吸附热力学模型理论和数值模拟
第四章 常规加热法制备芦竹炭的工艺优化
4.1 芦竹的化学性质
4.1.1 芦竹的工业分析
4.1.2 芦竹的热重分析
4.2 芦竹活性炭制备条件对比表面积和孔容的影响
4.2.1 浸渍时间对比表面积和孔容的影响
4.2.2 剂料比对比表面积和孔容的影响
4.2.3 活化温度对比表面积和孔容的影响
4.3 芦竹活性炭的表征
4.3.1 活性炭的表面形态
4.3.2 活性炭的孔径结构
4.3.3 活性炭XPS分析
4.3.4 活性炭对土霉素的吸附性能研究
4.3.5 各种吸附剂对土霉素的吸附性能比较
4.4 小结
第五章 微波加热法制备芦竹炭的工艺优化
5.1 微波活性炭的制备
5.2 微波加热法制备条件对比表面积和孔容的影响
5.2.1 辐射功率对表面积和孔容的影响
5.2.2 辐射时间对比表面积和孔容的影响
5.2.3 剂料比对比表面积和孔容的影响
5.3 芦竹活性炭的表征
5.3.1 活性炭的表面形态
5.3.2 活性炭的比表面积和孔隙结构
5.3.3 活性炭表面泽塔电位
5.4 小结
第六章 两种加热方法制备芦竹炭吸附性能的比较
6.1 两种活性炭的制备
6.2 结果与讨论
6.2.1 氮气吸附脱附实验
6.2.2 表面官能团和等电荷点分析
6.2.3 XRD分析
6.2.4 溶液pH值对吸附效果的影响
6.2.5 吸附时间对吸附效果的影响
6.2.6 吸附动力学研究
6.2.7 吸附等温线研究
6.2.8 吸附热力学研究
6.2.9 金属离子对CIP吸附效果的影响
6.3 小结
第七章 盐类辅助活化芦竹炭的性质及吸附Cr(Ⅵ)行为研究
7.1 盐类辅助活化活性炭的制备
7.2 结果与讨论
7.2.1 活性炭物理结构分析
7.2.2 贝姆滴定结果
7.2.3 XRD分析
7.2.4 溶液pH值对吸附效果的影响
7.2.5 吸附时间对吸附效果的影响
7.2.6 吸附动力学研究
7.2.7 吸附等温线研究
7.2.8 共存离子对吸附的影响
7.2.9 吸附机理研究
7.3 小结
第八章 有机改性芦竹炭的表面改性及吸附行为研究
8.1 有机改性活性炭的制备
8.2 结果与讨论
8.2.1 表面形貌分析
8.2.2 比表面积分析
8.2.3 溶液pH值对吸附效果的影响
8.2.4 吸附时间对吸附效果的影响
8.2.5 吸附等温线
8.2.6 吸附机理研究
8.3 小结
第九章 结论与展望
9.1 研究结论
9.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表文章目录
攻读博士学位期间申请专利目录
攻读博士学位期间获得的奖励
附录一 Comparison of activated carbons from Arundo donax Linn with H_3PO_4 activation byconventional and microwave heating methods
附录二 Enhanced adsorption of chromium onto activated carbon by microwave-assisted H_3PO_4 mixedwith Fe/AI/Mn activation
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]HClO4氧化对石油焦基活性炭超级电容器性能的影响（英文）[J]. 邓梅根,王仁清. 新型炭材料. 2013(04)
[2]Preparation and modification of activated carbon for benzene adsorption by steam activation in the presence of KOH[J]. Yao Xin,Liu Jinchang,Gong Guozhuo,Jiang Yu,Xie Qiang. International Journal of Mining Science and Technology. 2013(03)
[3]活性炭负载FeCl3胶体催化剂催化苯羟基化制苯酚[J]. 姚镔,石雷,孙琪. 石油化工. 2012(10)
[4]棉秆活性炭的微波辐射磷酸法制备、表征及吸附性能[J]. 邓辉,张根林,高英,孙萍. 石河子大学学报(自然科学版). 2011(05)
[5]活性炭改性方法及其在水处理中的应用[J]. 梁霞,王学江. 水处理技术. 2011(08)
[6]蒙脱石对四环素类抗生素的吸附平衡及动力学[J]. 邹星,吴小莲,莫测辉,李彦文,高鹏,黄显东,刘利伟. 高校化学工程学报. 2011(03)
[7]土壤粉碎粒径对土霉素在土壤中吸附的影响[J]. 齐瑞环,李兆君,龙健,范菲菲,梁永超. 环境科学. 2011(02)
[8]微山湖区芦竹引种栽培技术[J]. 张联伟,徐勇,黄书娥,赵新德. 中国林副特产. 2010(06)
[9]厌氧、缺氧与好氧污泥对土霉素的吸附研究[J]. 杨煜东,陈东辉,陈亮,黄满红. 水处理技术. 2010(05)
[10]椰壳纤维基高比表面积中孔活性炭的制备[J]. 陈永,周柳江,洪玉珍,曹峰,李玲,李建保. 新型炭材料. 2010(02)
本文编号：3445769
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
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摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 本文的研究背景、研究目的和意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究目的和意义
1.2 本文所要解决昀关键问题、主要研究内容及创新之处
1.2.1 研究所要解决的关键问题
1.2.2 研究的主要内容
1.2.3 研究的创新点
第二章 文献综述
2.1 活性炭的基本特征
2.1.1 物理结构
2.1.2 表面化学性质
2.1.3 一般吸附特性
2.2 活性炭的制备
2.2.1 制备原料
2.2.2 活化方法
2.2.3 加热方法
2.3 活性炭性质调控技术研究进展
2.3.1 活性炭孔结构调控技术
2.3.2 表面氧化改性技术
2.3.3 表面还原改性
2.3.4 负载物质改性技术
2.3.5 低温等离子体改性技术
2.3.6 其他改性方法
2.4 芦竹资源的利用现状
第三章 实验材料和方法
3.1 实验材料
3.1.1 实验原料
3.1.2 试验器材
3.2 芦竹活性炭的制备
3.2.1 芦竹基本性质的测定
3.2.2 芦竹活性炭的制备工艺
3.3 芦竹活性炭的表征
3.3.1 活性炭得率计算
3.3.2 表面形貌观察
3.3.3 比表面积和孔径分布
3.3.4 红外光谱分析
3.3.5 表面酸性含氧官能团含量测定
3.3.6 表面等电点的测定
3.3.7 活性炭Zeta电位的测定
3.3.8 X射线衍射分析
3.3.9 X射线光电子能谱分析
3.4 吸附试验方法
3.4.1 模拟废水的配制及标准曲线的绘制
3.4.2 芦竹活性炭对废水的吸附研究
3.4.3 吸附动力学模型理论和数值模拟
3.4.4 吸附热力学模型理论和数值模拟
第四章 常规加热法制备芦竹炭的工艺优化
4.1 芦竹的化学性质
4.1.1 芦竹的工业分析
4.1.2 芦竹的热重分析
4.2 芦竹活性炭制备条件对比表面积和孔容的影响
4.2.1 浸渍时间对比表面积和孔容的影响
4.2.2 剂料比对比表面积和孔容的影响
4.2.3 活化温度对比表面积和孔容的影响
4.3 芦竹活性炭的表征
4.3.1 活性炭的表面形态
4.3.2 活性炭的孔径结构
4.3.3 活性炭XPS分析
4.3.4 活性炭对土霉素的吸附性能研究
4.3.5 各种吸附剂对土霉素的吸附性能比较
4.4 小结
第五章 微波加热法制备芦竹炭的工艺优化
5.1 微波活性炭的制备
5.2 微波加热法制备条件对比表面积和孔容的影响
5.2.1 辐射功率对表面积和孔容的影响
5.2.2 辐射时间对比表面积和孔容的影响
5.2.3 剂料比对比表面积和孔容的影响
5.3 芦竹活性炭的表征
5.3.1 活性炭的表面形态
5.3.2 活性炭的比表面积和孔隙结构
5.3.3 活性炭表面泽塔电位
5.4 小结
第六章 两种加热方法制备芦竹炭吸附性能的比较
6.1 两种活性炭的制备
6.2 结果与讨论
6.2.1 氮气吸附脱附实验
6.2.2 表面官能团和等电荷点分析
6.2.3 XRD分析
6.2.4 溶液pH值对吸附效果的影响
6.2.5 吸附时间对吸附效果的影响
6.2.6 吸附动力学研究
6.2.7 吸附等温线研究
6.2.8 吸附热力学研究
6.2.9 金属离子对CIP吸附效果的影响
6.3 小结
第七章 盐类辅助活化芦竹炭的性质及吸附Cr(Ⅵ)行为研究
7.1 盐类辅助活化活性炭的制备
7.2 结果与讨论
7.2.1 活性炭物理结构分析
7.2.2 贝姆滴定结果
7.2.3 XRD分析
7.2.4 溶液pH值对吸附效果的影响
7.2.5 吸附时间对吸附效果的影响
7.2.6 吸附动力学研究
7.2.7 吸附等温线研究
7.2.8 共存离子对吸附的影响
7.2.9 吸附机理研究
7.3 小结
第八章 有机改性芦竹炭的表面改性及吸附行为研究
8.1 有机改性活性炭的制备
8.2 结果与讨论
8.2.1 表面形貌分析
8.2.2 比表面积分析
8.2.3 溶液pH值对吸附效果的影响
8.2.4 吸附时间对吸附效果的影响
8.2.5 吸附等温线
8.2.6 吸附机理研究
8.3 小结
第九章 结论与展望
9.1 研究结论
9.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表文章目录
攻读博士学位期间申请专利目录
攻读博士学位期间获得的奖励
附录一 Comparison of activated carbons from Arundo donax Linn with H_3PO_4 activation byconventional and microwave heating methods
附录二 Enhanced adsorption of chromium onto activated carbon by microwave-assisted H_3PO_4 mixedwith Fe/AI/Mn activation
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]HClO4氧化对石油焦基活性炭超级电容器性能的影响（英文）[J]. 邓梅根,王仁清. 新型炭材料. 2013(04)
[2]Preparation and modification of activated carbon for benzene adsorption by steam activation in the presence of KOH[J]. Yao Xin,Liu Jinchang,Gong Guozhuo,Jiang Yu,Xie Qiang. International Journal of Mining Science and Technology. 2013(03)
[3]活性炭负载FeCl3胶体催化剂催化苯羟基化制苯酚[J]. 姚镔,石雷,孙琪. 石油化工. 2012(10)
[4]棉秆活性炭的微波辐射磷酸法制备、表征及吸附性能[J]. 邓辉,张根林,高英,孙萍. 石河子大学学报(自然科学版). 2011(05)
[5]活性炭改性方法及其在水处理中的应用[J]. 梁霞,王学江. 水处理技术. 2011(08)
[6]蒙脱石对四环素类抗生素的吸附平衡及动力学[J]. 邹星,吴小莲,莫测辉,李彦文,高鹏,黄显东,刘利伟. 高校化学工程学报. 2011(03)
[7]土壤粉碎粒径对土霉素在土壤中吸附的影响[J]. 齐瑞环,李兆君,龙健,范菲菲,梁永超. 环境科学. 2011(02)
[8]微山湖区芦竹引种栽培技术[J]. 张联伟,徐勇,黄书娥,赵新德. 中国林副特产. 2010(06)
[9]厌氧、缺氧与好氧污泥对土霉素的吸附研究[J]. 杨煜东,陈东辉,陈亮,黄满红. 水处理技术. 2010(05)
[10]椰壳纤维基高比表面积中孔活性炭的制备[J]. 陈永,周柳江,洪玉珍,曹峰,李玲,李建保. 新型炭材料. 2010(02)
本文编号：3445769
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