棉秆基活性炭的制备及其吸附性研究

发布时间：2018-03-15 00:18

  本文选题：棉秆　切入点：活性炭　出处：《塔里木大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本研究用废弃的农林生物质资源棉秆为原料,通过正交实验研究不同活化剂(氢氧化钠、氯化锌、硝酸)条件下的热解温度、热解时间和剂料比对棉秆基活性炭的得炭率、表面微观构成、表面官能团的种类和含量的影响,筛选出各种活化剂活条件下制得的活性炭的最优条件。采用扫描电子显微镜分析、比表面积测定、傅里叶变换红外光谱分析、X射线衍射和X射线光电子能谱分析等现代实验检测分析手段对制得棉秆基活性炭的表面微观构造、比表面积的大小和孔容孔径、元素构成、表面的化学官能基团的数量和种类等理化指标进行表征分析,研究讨论不同制备工艺对棉秆基活性炭的微观表面理化性质的影响;采用静态实验方法,研究不同的吸附质初始浓度、吸附反应时间、溶液pH和活性炭的投加量对棉秆基活性炭吸附性能的影响;通过Langmuir和Freundlich两种吸附理论等温线模型、准一级动力学与二级动力学吸附模型对吸附动力学过程进行分析,研究活性炭对吸附质的吸附过程,结合对棉秆基活性炭的理化指标的分析和吸附过程的分析,研究棉秆基活性炭与不同吸附质之间的作用过程,并研究其吸附机理,为废弃棉秆的资源化利用以及提高棉秆基活性炭对废水中重金属和有机物吸附能力提供理论指导。本论文的主要结论如下:(1)不同活化剂活化得到的活性炭与直接热解制得的活性炭在表面孔隙结构和表面官能团的种类与含量上有很大的差异。在以氢氧化钠为活化剂时制得的活性炭表面孔隙结构有一定的破坏,但活性炭的表面官能团的种类和含量增加,尤其是羟基官能的含量增加明显;在以硝酸为活化剂时获得的棉秆基活性炭与直接热解得到的棉秆基活性炭相比较,其表面的孔隙结构增加显著,活性炭的表面微观化学官能基团的数量与种类增加显著;伴随炭化活化温度的升高棉秆基活性炭的得炭率慢慢下降,当以低温为250℃热解时有较高的得炭率,得炭率为40.57%,但此时制得的棉秆基活性炭的吸附性较差。综合考虑棉秆基活性炭对各类吸附质的去除能力和得炭率可知,在以氢氧化钠为活化剂、热解温度的为350℃、热解的时长为120min时有较高的得炭率,得炭率为37.62%;当活化剂为硝酸时,在热解温度为450℃、热解的时长为180min时有较高的碘去除率,碘的最大吸附量为1500mg/g,此时制得的活性炭的比表面积为194.43m2/g、外比表面积100.74 m2/g、微孔比表面积26.38 m2/g、平均孔径为4.97nm。(2)活化剂活化后的棉秆基活性炭对吸附质的吸附能力均比直接热解条件下制得的活性炭的吸附能力好,说明各类活化剂的活化过程能显著增大棉秆基活性炭对目标吸附质的去除能力。氢氧化钠活化剂能有效增进棉秆基活性炭的表面的含氧化学官能基团的数量与种类,其中羟基的含量增加明显。在制备工艺前提为热解温度400℃、热解时长为150min、剂料比值为1时制得的活性炭在吸附前提条件为pH值为4,吸附反应的环境温度为25℃时对重金属的去除最佳,其中铜的最大吸附量为8.439mg/g,锌的最大吸附量为10.13mg/g。棉秆基活性炭与重金属铜和锌的吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型以及Freundlich等温吸附模型,说明棉秆基活性炭对水中重金属铜的吸附过程是一个动态吸附多个过程综合作用的化学吸附过程。(3)硝酸作为活化剂能有效提高棉秆基活性炭的比表面积和孔隙结构的发达程度。在制备前提条件为热解的温度400℃、热解的时间150min、剂料比1.5制得的活性炭对有机物(苯酚、亚甲基蓝)有较好的去除效果,此时苯酚的饱和吸附量为227.36mg/g,亚甲基蓝的饱和吸附量为202mg/g。棉秆基活性炭对苯酚和亚甲基蓝的吸附过程符合准一级动力学吸附模型;棉秆基活性炭对苯酚和亚甲基蓝的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,分析结果表明孔隙结构和比表面积是影响棉秆基活性炭对苯酚与亚甲基蓝的去除主要因素。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：塔里木大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ424.1

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