氧化镁模板法制备涤纶纺织废料基活性炭及其吸附水中六价铬实验研究

来源 :上海理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:huili1012
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
我国是纺织品消费与生产大国,随之产生的大量纺织废料对环境承载力提出了较高的要求。其中,涤纶纺织废料因其产量大、化学成分复杂及处理处置系统不完善等问题已对生态环境造成严重的威胁,而现阶段的资源化利用方法仍存在处理工艺复杂,回收率低及运行成本较高等不足。针对上述问题,近年来国内外学者开展了热解活化法制备纺织废料基活性炭的相关研究,但传统活化剂亦存在二次污染和腐蚀设备等问题。因此,本课题以涤纶纺织废料为原料,利用绿色高效的MgO模板法将其制备成高比表面积活性炭,通过MgO前驱体筛选、制备工艺条件优化及成孔机理的研究,得到最佳工艺参数,初步阐明了不同镁系化合物在涤纶纺织废料热解成碳及成孔历程中的行为特征,同时将最优条件下制备的炭样应用于水中Cr(Ⅵ)的吸附,对其吸附性能进行系统评价,探讨吸附机理,为其实际应用提供一定的基础理论数据。主要研究内容及结果如下:(1)采用不同镁系化合物为MgO模板前驱体制备涤纶纺织废料基活性炭并对其进行物理化学性质研究,结果表明:镁系化合物的加入能显著提高涤纶炭基体的孔隙率,利用MgCl2和MgCi制备的活性炭比表面积分别达到1173 m2/g和1336m2/g,明显高于MgO(450 m2/g)制备样,其孔径分布主要与热解生成的MgO晶粒尺寸相关,AC-MgCl2为微-介孔、AC-MgCi为介孔,AC-MgO则主要为大孔结构。同时,镁系化合物能促进类石墨乱层结构和表面含氧官能团的生成,有利于提高样品表面的反应性。进一步对样品吸附性能考察发现,三种活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程呈快速吸附慢速平衡状态,其中AC-MgCl2的吸附效果最佳,吸附过程均符合准二级动力学模型。(2)以MgCl2为模板前驱体制备涤纶纺织废料基活性炭,利用基于Box-Behnken试验设计的响应曲面法优化制备工艺参数,结合不同表征手段对比最优样与传统CO2活化法制备样物化特性的差异,结果表明:当炭化时间、炭化温度和混合比例分别为90 min、900°C和5:1时,所得活性炭比表面积最大为1364m2/g,该值与软件预测值(1315 m2/g)的误差在4%以内,说明拟合效果良好。炭化温度对活性炭比表面积的影响最为显著,主要归因于高温有利于涤纶纺织废料挥发分物质的充分释放,从而促进孔隙的形成。相对于传统CO2活化法所得多孔炭材料,响应曲面最优样具有更大的比表面积、介孔比例和总孔容积,且随机乱层化程度高,表面官能基团更为丰富。(3)采用MgCl2热解活化制备涤纶纺织废料基活性炭,通过多种表征手段探讨不同工艺条件对活性炭物化特性的影响,进一步对涤纶纺织废料的全热解周期进行分析,阐明成孔机理,结果表明:较高的热解温度及适宜的MgCl2投加量有利于比表面积及孔隙率的提高,同时能促进类石墨乱层结构形成,增强炭表面反应性;成孔机理主要包括:MgCl2催化涤纶中聚酯分子脱羧及脱氢反应有利于开孔结构的形成、Lewis酸性MgCl2能催化聚酯分子碳链之间的交联反应促进碳质前驱体的形成以及热解生成的MgO作为模板剂的高效造孔能力。(4)将响应曲面法优化制备的最优样应用于水中Cr(Ⅵ)的吸附,研究不同初始条件对吸附过程的影响,结果表明:最优样对Cr(Ⅵ)的吸附效率随体系初始pH和离子强度的降低逐渐升高,当pH和离子强度分别为2和0.002 mol/L时吸附效率最佳。吸附过程呈快速吸附慢速平衡状态,符合准二级动力学模型且吸附速率随着初始浓度的增加而增加;吸附等温线符合Freundlich模型,说明吸附过程主要为多分子层吸附,在35°C下饱和吸附量可达166 mg/g;由热力学分析可知,吸附过程是自发的吸热反应,Cr(Ⅵ)在炭表面吸附行为增加了系统的混乱度。吸附机理主要包括静电吸附、表面官能团的还原作用及离子交换反应。
其他文献
我国是一个制造业大国,随着科技的发展,对现代工业提出更加智能化和适应性的要求,机器人技术是实现智能制造的重要部分。而视觉技术的发展,使得机器人具有更为强大的感知能力
鱼子菜属(Lemanea)植物系淡水红藻,在世界范围内广泛分布,具有食用、药用等价值。本文以广西壮族自治区桂林市灵川县采得的一种淡水产鱼子菜为研究材料,通过观察形态结构特征
致癌转录因子的过度激活与肿瘤无限增殖、侵袭转移、耐药等恶性特征密切相关,靶向致癌转录因子为主要策略的肿瘤治疗日益受到关注。伏隔核1(NAC1)是一个新发现的促癌转录因子,其与肿瘤恶性进展和治疗抵抗密切相关。但目前尚无靶向该蛋白的抑制剂报道。本课题研究发现NAC1蛋白同源二聚体结构对其稳定存在至关重要,突变重要结合位点(Leu90)可破坏蛋白二聚体的形成。在上述基础上,本课题组进一步基于NAC1蛋白
在光电催化(PEC)分解水的领域中,二氧化钛(Ti O2)作为一种n型半导体,因其成本低、无毒、稳定性好且具有能够分解水的导价带位置而受到了人们的广泛关注,然而,较宽的带隙、缓慢的
随着现代工业的发展,大气污染问题逐渐得到人们的重视。近年来典型的无机污染物CO和有机物甲苯的含量在空气中呈现出明显的递增趋势,这些污染物的存在在很大程度上影响着人们
目的:随着年龄的增加,压力性尿失禁(Stress Urinary Incontinence,SUI)的发病率也在不断升高,严重影响了女性的身心健康、生活质量以及社交方式,同时也给家庭和社会带来了沉
伴随高校信息化建设工作的深入推进,更多的高校开始构建与自身发展实际相一致的数字化网站。数字化网站已经发展为学校管理人员与师生实现交流沟通的有力媒介,也是外部人员全
随着知识经济时代的来临和经济全球化进程的推进,日新月异的现代科技发展推动着产业环境的快速变迁,知识和人才成为当今企业最为重要的战略资产。同时,我国经济正在由“投资
高校名人档案作为名人一生活动的完整记录,不仅反映了名人自身的历史活动全貌,还揭示了名人所处时代的学校历史和社会环境,是学校和国家宝贵的精神文化财富。我国自1984年开
织物的吸水性和水传递性能是决定服装穿着舒适性的重要因素。人体散热有时必须依靠出汗才能维持人体热平衡,如果汗液大量积聚在服装与皮肤间微气候中不能扩散到外界环境,人体