用于脫除水中重金屬離子的生物質(zhì)基炭材料的制備及改性研究.pdf

1、生物質(zhì)基炭材料具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，是一種理想的吸附材料，而且采用農(nóng)林廢棄物和天然木質(zhì)纖維材料制備高性能的炭材料符合我國綠色發(fā)展戰(zhàn)略。本文采用微波電加熱雙模加熱方式，以氯化鋅作為活化劑，單步活化法制備了低成本稻殼活性炭和劍麻活性炭纖維，并對它們進行對比，分別考察了不同因素（浸漬比，活化溫度，活化時間，升溫速率）對吸附劑孔隙結(jié)構(gòu)和重金屬離子吸附能力的影響。通過單因素實驗得到稻殼活性炭的最佳工況為:活化溫度600℃，活化時間50 min，浸漬

2、比（氯化鋅∶稻殼）1.5∶1，升溫速率15℃/min。劍麻活性炭纖維的最佳工況為:預(yù)氧化溫度250℃，預(yù)氧化時間1h，活化溫度600℃，活化時間50 min，浸漬比（氯化鋅∶劍麻纖維）1.25∶1，升溫速率10℃/min。BET結(jié)果表明最優(yōu)工況下的稻殼活性炭和劍麻活性炭纖維的比表面積分別達到了1719.32m2/g和2055.53m2/g。
　　對最佳條件下的炭基吸附劑，進行微波硝酸改性和硫化改性，探究不同因素對微波硝酸改性（硝酸

3、濃度，改性溫度，改性時間，改性功率）和硫化改性（氯化亞砜用量，氯化亞砜接觸時間，巰基乙酸用量，巰基乙酸接觸時間）的影響。通過正交實驗表明稻殼活性炭的最佳微波硝酸改性條件為:硝酸濃度8 mol/L，改性溫度130℃，改性時間5 min，改性功率800W;劍麻活性炭纖維的最佳微波硝酸改性條件為:硝酸濃度9.5 mol/L,改性溫度150℃，改性時間15 min，改性功率800W。通過單因素實驗得到到稻殼活性炭硫化改性的最佳條件為:氯化亞砜用

4、量10 mL，氯化亞砜接觸時間1.5 h，巰基乙酸用量12mL，巰基乙酸接觸時間2h;劍麻活性炭纖維最佳硫化改性條件為:氯化亞砜用量12 mL，氯化亞砜接觸時間1.5 h，巰基乙酸用量14 mL，巰基乙酸接觸時間2h。
　　采用元素分析、比表面積及孔隙分析、紅外光譜、Boehm滴定、Zeta電位、X射線衍射光譜(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)等方法對改性前后的生物質(zhì)基炭材料進行分析。通過靜態(tài)吸附實驗，研究了各種因素（吸附時間

5、，pH，重金屬離子濃度，溫度）對吸附劑除去重金屬離子（鉛、銅和六價鉻離子）效果的影響。結(jié)果表明劍麻活性炭纖維比稻殼活性炭擁有更短的吸附時間，pH對吸附量影響較大，在pH=2～3時，改性前后稻殼活性炭和劍麻活性炭纖維對六價鉻離子有較強的吸附量;在pH=5.5時，改性前后稻殼活性炭和劍麻活性炭纖維對鉛和銅離子有較好的吸附能力。濃度的增加導(dǎo)致吸附劑的吸附量增加，去除率下降。對于兩種改性吸附劑，溫度均能促進吸附的進行。
　　采用準一/二級

6、模型、粒內(nèi)擴散模型和HSDM吸附動力學(xué)模型以及Langmuir、Freundlich等溫模型分別對吸附動力學(xué)和等溫吸附過程進行了分析。結(jié)果表明吸附劑對重金屬離子的吸附均符合準二級動力學(xué)，顆粒內(nèi)擴散模型呈現(xiàn)多段性。HSDM動力學(xué)模型表明吸附過程受表面擴散和膜擴散共同控制。由吸附等溫模型可知，氧化及硫化改性后稻殼活性炭和劍麻活性炭纖維均更符合Freundlich等溫方程，表明通過改性作用后，吸附質(zhì)是在粗糙和不均勻的表面上被吸附的。吸附熱力學(xué)