废弃麻纺品制备活性炭及其应用研究

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活性炭是一种优良的吸附剂,因其具有发达孔隙结构、化学性质稳定等特点,有着很广泛应用。近年来,对活性炭研究的热点之一是利用廉价的废弃物为原料和简单的工艺来制备性能优良的活性炭。本研究利用热重分析法对试样在高纯氮气条件下热解的TG-DTG曲线进行了分析,研究了不同升温速率对热解过程的影响,研究表明,废麻纺品热解过程可分为脱水干燥阶段、炭化热解阶段和煅烧分解3个阶段。以气相色谱-质谱联用分析废麻纺品热裂解的液相产物,实验表明废麻纺品热裂解的液相产物成分非常复杂,主要为左旋葡萄糖和酚类物质等。通过对废弃麻纺品的热解动力学研究,发现废弃麻纺品炭化热解阶段反应机理满足二级化学反应模型,活化能和频率因子均随着升温速率的增加而增大。本文以废麻纺品为原料、KOH为活化剂,采用炭化和活化两步法制备麻质活性炭(LAC)。利用正交实验设计,考察了KOH活化法制备麻质活性炭的特点,探讨了影响活性炭吸附性能(碘吸附值和亚甲基蓝吸附值)及产率的各个制备因素(碱炭比、活化温度、活化时间、炭化温度),确定了其最佳工艺条件。结果表明选用废弃麻纺织品为原料制备活性炭是适宜的,其最佳工艺条件为碱炭比为3、活化温度700℃、活化时间50 min、炭化温度400℃,该条件下麻质活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和产率分别为1070.24mg/g、11.6ml/0.1g和24.28%;采用比表面积测定仪,在77K下测定其N2吸附-脱附等温线,通过Langmuir方程、BET方程、t图法和BJH法计算其比表面积、孔体积和孔径分布;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析仪以及红外光谱仪对麻质活性炭进行了表征,分析其表面形貌、微观结构及表面化学官能团等。利用所制备的麻质活性炭吸附水溶液中的铜离子,并对吸附热力学、吸附动力学以及吸附机理进行了探讨。吸附热力学和动力学研究考察了影响吸附的主要因素,包括初始pH值、活性炭投加量、吸附时间、初始浓度和温度。实验结果表明:溶液pH是影响Cu(Ⅱ)吸附过程的重要因素;当溶液pH约为6,铜溶液的初始浓度为40~90mg/L,麻质活性炭投加量为2g/L,吸附时间为120min时,麻质活性炭对含铜废水的去除效果较好。另外,分别采用Langmuir吸附等温线方程和Freundlich吸附等温线方程对实验数据进行分析,结果表明Langmuir等温线能较好地描述铜离子在活性炭上的吸附平衡。采用准一级和准二级吸附动力学模型分析了实验数据,结果表明准二级动力学模型能更好地描述吸附过程。采用酸碱再生法对活性炭的再生进行了探讨,结果显示使用酸碱再生法可使吸附铜离子活性炭的一次再生率达70.33%。
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