生物质炭活性炭的制备及其对苯酚废水吸附的研究

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活性炭(AC)是一种多孔性含碳物质,它具有巨大的比表面积、发达的孔隙结构、独特的表面官能团和较强的吸附性能等特点,已经应用于医药、食品、化工以及环境保护和人类生活的各个方面。近些年来尤其在水处理和大气处理领域中有着广泛的应用。本文以炼制生物质油的末端产物生物质炭为原料,氯化锌为活化剂制备活性炭,以单因素实验为基础,通过响应面实验设计法,考察了氯化锌质量分数、固液比、活化时间、活化温度对生物质炭活性炭亚甲基蓝值和碘吸附值的影响。实验结果的方差分析可知:氯化锌法生物质炭活性炭的制备工艺条件中,溶液质量分数对亚甲基蓝值和碘吸附值的影响最为显著,活化时间的影响最小。在两因素的交互作用中溶液质量分数与固液比对亚甲基蓝值和碘吸附值的影响最大。氯化锌法制备的最佳优化工艺条件为:氯化锌溶液质量分数为41.50%、固液比为1﹕3、活化时间为90min、活化温度为605℃。在此条件下制备活性炭的亚甲基蓝值为213mg/g,碘吸附值为1020.064mg/g。以生物质炭为原料,KOH为活化剂制备活性炭,以单因素实验为基础,通过响应面实验设计法,考察了碱炭比、活化时间、活化温度生物质炭活性炭亚甲基蓝值和碘吸附值的影响。实验结果的方差分析可知:KOH法生物质炭活性炭的制备工艺条件中,活化温度对亚甲基蓝值和碘吸附值的影响最为显著,活化时间对亚甲基蓝值的影响最小,碱炭比对碘吸附值的影响最小。在两因素的交互作用中碱炭比与活化时间的交互作用对亚甲基蓝值和碘吸附值的影响最大。KOH法制备的最佳优化工艺条件为:碱炭比为2.04﹕1、活化时间为89min、活化温度为760℃。在此条件下制备活性炭的亚甲基蓝值为489.6mg/g,碘吸附值为2094.992mg/g。采用物理吸附仪在77K下测定活性炭的氮气吸附-脱附等温线,通过BET方程、Langmuir方程、BJH和DFT法计算两种不同制备方法下活性炭的比表面积、总孔容、平均孔径以及孔径分布。氯化锌法活性炭的BET和Langmuir比表面积分别为631.185m~2/g、688.201m~2/g,总孔容为0.3523cm~3/g,平均孔径为2.233nm;KOH法活性炭的BET和Langmuir比表面积分别为1443.987m~2/g、1359.655m~2/g,总孔容为0.7505cm~3/g,平均孔径为2.079nm。它们都以微孔结构为主,孔径分布在1nm~2nm之间,含有少量的中孔,中孔孔径分布在3nm~10nm之间。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪对两种制备方法最佳优化工艺条件下的生物质炭活性炭进行表征,测定其微观结构、表面形貌以及表面所具有的官能团等。以KOH法最佳优化工艺条件下的生物质炭活性炭和商业活性炭为吸附剂,处理模拟苯酚废水中的苯酚,研究初始溶液pH、活性炭投加量、溶液初始浓度、振荡时间、温度对两种活性炭吸附苯酚的影响。实验研究表明氯化锌法和KOH法生物质炭制备活性炭是可行的。这不仅实现了生物质炭的资源化利用,也为我们对活性炭制备增添了新的了解,为以后企业利用生物质炭生产活性炭提供了一定的实际价值。
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