经超(亚)临界水处理白酒糟制备活性炭及其吸附性能的研究

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活性炭由于具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积,独特的表面活性官能团,良好的热稳定及化学稳定性,因此具有广泛的应用。活性炭制备原料通常由碳基物质组成。目前利用可再生且廉价易获取的生物质资源制备活性炭的研究工作颇受关注。白酒糟富含纤维素和半纤维素,可用来制备活性炭。本文以白酒糟为原料,采用超(亚)临界水处理方法,考察温度、压力、停留时间对活性炭吸附性能的影响,探讨其技术可行性。同时采用传统水蒸气活化法,考察了炭化温度、活化温度与水蒸气流量对活性炭吸附性能的影响,确定最佳工艺条件。利用扫描电镜(SEM)、氮气吸附仪、X射线衍射仪(XRD)对目标活性炭进行结构表征,从而探究超(亚)临界水活化机理,比较其与传统水蒸气活化方法的不同,同时利用制备的活性炭对模拟印染废水中的甲基橙进行了吸附性能研究,考察了吸附剂用量、溶液p H、吸附时间、溶液初始浓度等因素对吸附效果的影响,最后结合吸附动力学、吸附等温线探讨了吸附机理。实验结果表明:(1)以超(亚)临界水处理法制备活性炭:反应温度为450℃,反应压力为25 Mpa,停留时间为10 min时为最佳工艺条件,制备的活性炭碘吸附值为624 mg·g-1,亚甲基蓝吸附值为110 mg·g-1,比表面积为202 m2·g-1,孔体积为0.105 cm3·g-1,平均孔径为2.82nm。(2)以传统水蒸气活化法制备活性炭:炭化温度为450℃、活化温度为800℃,水蒸气流量为2.5 L·min-1时为最佳工艺条件,制备的活性炭碘吸附值为575 mg·g-1,亚甲基蓝吸附值为100 mg·g-1,比表面积为368 m2·g-1,孔体积为0.241 cm3·g-1,平均孔径为2.63 nm。(3)对于印染废水甲基橙的吸附实验结果显示,通过上述两种方法处理酒糟制备的活性炭可用来作为吸附染料废水的吸附剂,活性炭对甲基橙的吸附率随着p H的升高而降低,随活性炭用量增加而升高。吸附符合Langmuir吸附等温式,吸附动力学可通过准二级动力学模型描述,吸附过程主要由化学吸附控制。研究表明,采用超(亚)临界水处理白酒糟可用来制备活性炭,温度影响较大,压力和时间影响较小,孔结构主要以微孔为主。超(亚)临界水反应温度低,反应速度快,炭化活化一步完成,可溶解沉积的焦油,但是对设备要求高,产率较低。传统水蒸气活化法制得的活性炭也以微孔为主,操作简便,但是温度要求高,需分两步进行,反应过程中会有焦油沉积。
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