生物質(zhì)制備活性炭的研究及在廢水處理中的應(yīng)用.pdf

1、活性炭是一種優(yōu)良的吸附劑，因為其具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、穩(wěn)定的化學(xué)性能和良好的再生性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中。而近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們對于生態(tài)環(huán)境的重視及健康意識的增強(qiáng)，使得活性炭作為一種應(yīng)用普遍的功能性材料，其需求量也更多更廣。因此，尋求一種價廉易得的原料和簡單高效的活化工藝來制得高比表面積活性炭也已經(jīng)成為研究熱點。
　　本研究首先利用廢棄的生物質(zhì)資源咖啡渣為原料，以 KOH活化劑，通過正交

2、實驗和拓展實驗研究炭化溫度(Tc)、活化時間(ta)、活化溫度(Ta)、堿炭比(Rkc)對活性炭比表面積的影響?；诨钚蕴啃阅芎湍茉聪牡目紤]，活化時間和活化溫度均不應(yīng)過長過高。以堿炭比為3:1，炭化溫度為450℃，活化時間為100min，活化溫度為900℃下制備出的活性炭BET比表面積達(dá)到2111m2/g。通過元素分析儀得到生物質(zhì)咖啡渣的含碳量達(dá)到57.23％，符合作為活性炭制備原料的基本條件，而經(jīng)過炭化活化后，樣品含碳量均提高到80

3、%左右。之后通過氮氣吸脫附曲線、傅里葉紅外光譜儀和掃描電子顯微鏡分析了其孔徑狀況、表面官能團(tuán)和表面形貌。采用循環(huán)伏安法和恒流充放電法對活性炭樣品的比電容進(jìn)行測試，簡單了解其催化性能，并通過比表面積和比電容之間的線性回歸分析，得出循環(huán)伏安法更適于評價電極材料的比表面積。
　　拓寬活性炭原材料的來源，運(yùn)用KOH堿化法在較低的活化溫度(750℃)和較短的活化時間(60min)下制備出辣椒秸稈活性炭(CSAC)，比表面積達(dá)到1724m2/

4、g。將其運(yùn)用于對金屬鋅離子廢水和染料亞甲基藍(lán)(MB)廢水的吸附處理。通過單一吸附研究了溶液pH值對Zn(II)在活性炭上的吸附影響，當(dāng)溫度為20℃，初始濃度為1.1mmol/L，取30mL溶液，活性炭投加量為30mg， pH值為6時， Zn(II)的去除率最大，吸附容量達(dá)到0.72mmol/g。并采用Langmuir和Freundlich模型來分別擬合Zn(II)和MB等溫吸附過程，發(fā)現(xiàn)活性炭(CSAC)對Zn(II)和MB的等溫吸附過

5、程更符合Langmuir吸附模型，說明了吸附主要以單分子層形式進(jìn)行。在共吸附過程中，Zn(II)濃度保持一定時，隨著MB的濃度逐漸增加，二者的吸附總?cè)萘砍掷m(xù)增長。表明Zn(II)和MB分子之間具有顯著的協(xié)同作用。當(dāng)MB的濃度一定時，隨著Zn(II)濃度的增加，二者的吸附總?cè)萘勘３趾愣?，達(dá)到最大平衡值。采用準(zhǔn)一級動力學(xué)模型和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型來考察Zn(II)和MB各自單一吸附和相互影響的吸附動力學(xué)行為，準(zhǔn)二級動力學(xué)模型能更好的擬合Zn(I

6、I)吸附、MB吸附及MB和Zn(II)的共吸附過程。Zn(II)對MB吸附的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于MB對Zn(II)吸附的影響，表明有機(jī)物MB比無機(jī)物Zn(II)更容易被吸附到活性炭(CSAC)上。
　　總之本論文提出了以KOH制備生物質(zhì)活性炭，對廢棄的生物質(zhì)資源化利用，拓寬了制備活性炭的材料來源，為后續(xù)含碳水化合物的廢棄農(nóng)作物生物質(zhì)的循環(huán)利用以及活性炭的理論研究和生產(chǎn)實踐提供了新思路。將制備的活性炭應(yīng)用于金屬廢水和染料廢水的吸附處理過程中