论文部分内容阅读
我国桑树种植面积十分广阔,每年可产生大量的桑枝。通常,桑枝被丢弃或焚烧,致使大部分的桑枝不能得到充分利用。本研究以废弃桑枝为原料,磷酸氢二铵为活化剂,制备环境材料活性炭,以期达到废弃桑枝的资源化利用之目的。 论文考察了炭化温度、炭化时间、浸渍比、活化温度和活化时间等因素对制备的桑枝基活性炭的吸附性能的影响,通过正交试验确定了最优化制备工艺条件。借助N2吸附-脱附等温线、BET方程、BJH方程、HK方程、SEM、XRD、FTIR及Boehm滴定等现代分析方法对活性炭的物理化学特性进行了表征。研究了桑枝基活性炭对重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附性能。主要结果如下: 炭化温度、炭化时间、浸渍比、活化温度和活化时间等因素对桑枝基活性炭的制备均有一定的影响。桑枝基活性炭制备的最优化工艺条件为:炭化温度400℃,炭化时间90 min,浸渍比为2:1,活化温度800℃,活化时间120 min。在最优化条件下制得的活性炭的亚甲基蓝吸附值为314.1 mg/g,碘吸附值为847.21 mg/g,产率为26.56％。 活性炭的BET比表面积SBET为1062.44 m2/g,Langmuir比表面积为1603.44 m2/g,吸附平均孔径为2.14 nm,中孔BJH吸附累积比表面积为512.89 m2/g,BJH脱附累积比表面积为395.36 m2/g,单点吸附总孔容为0.5678 cm3/g,BJH吸附累积孔容为0.2897 cm3/g,BJH脱附累积孔容为0.2415 cm3/g,BJH吸附平均孔径为2.260 nm,BJH脱附平均孔径为2.444 nm,微孔孔容为0.3441 cm3/g,孔径为0.7892 nm。制备得到的桑枝基活性炭存在丰富的毛细管状和蜂窝状的微孔结构,其石墨层结构趋于乱层化,表面含有羟基、羰基等官能团,且以羧基、内酯基和酚羟基的形式存在,其含量分别为0.21 mmol/g、0.27 mmol/g、0.06 mmol/g。 吸附时间、重金属溶液pH值、温度、活性炭投加量和溶液初始浓度对吸附性能均有一定的影响,其中pH值是最主要的影响因素。Langmuir、Freundlich和Temkin模型均可描述重金属在活性炭上的等温吸附行为。Langmuir模型适宜描述Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附行为,Freundlich模型可较好的描述Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的等温吸附规律, Temkin模型适于描述Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附过程。 桑枝基活性炭对重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附过程是自发进行的(ΔG<0),吸附熵是增加的(ΔS>0)。在303K到318K的范围内升高温度有利于活性炭对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附,是吸热反应(ΔH>0)。而对Zn(Ⅱ)的吸附是放热反应(ΔH<0),升高温度不利于其吸附。 准二级动力学方程可用于描述桑枝基活性炭对重金属的吸附动力学过程,且由准二级动力学方程计算的平衡吸附量接近实验测得的平衡吸附量。粒子内扩散过程可对吸附动力学过程进行分段描述。