棕櫚葉鞘纖維基活性炭的制備及吸附性能研究.pdf

1、環(huán)境惡化、資源緊缺和能源危機(jī)使人類認(rèn)識(shí)到保護(hù)環(huán)境、尋找和開發(fā)自然資源的重要性和迫切性。棕櫚葉鞘纖維（棕櫚纖維）在自然界中廣泛存在，作為天然的高分子聚合物材料，是一種典型的可再生性生物質(zhì)資源，充分發(fā)揮其潛在性能、開發(fā)棕櫚纖維制品將是可持續(xù)發(fā)展的重要課題之一。棕櫚纖維作為一種木質(zhì)纖維，本身具有多孔的結(jié)構(gòu)，且其產(chǎn)量大和易收獲，將其制備成活性炭并應(yīng)用于環(huán)境處理具有一定的研究意義。本論文從開發(fā)和應(yīng)用新型天然纖維的角度出發(fā)，以棕櫚纖維為原料，研究棕

2、櫚纖維制備活性炭的活化工藝及其吸附性能和吸附機(jī)理。目的在于為這一天然高分子材料開拓更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為其在廢液、廢氣處理，保護(hù)環(huán)境等方面的應(yīng)用提供有價(jià)值的參考依據(jù)，為解決環(huán)境污染問(wèn)題提供新的途徑，為解決能源緊缺、資源匱乏問(wèn)題提供原料，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　首先將棕櫚纖維粉末化，得到棕櫚纖維粉末，然后采用氫氧化鉀(KOH)活化法制備棕櫚纖維基活性炭(PFAC)。選取活化質(zhì)量比、活化溫度、活化時(shí)間為因素，以亞甲基藍(lán)(methyle

3、ne blue，MB)吸附值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用單因素分析和正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，確定制備PFAC的最佳活化工藝參數(shù)；通過(guò)TG分析，探索了KOH的活化過(guò)程；利用SEM、FTIR、XRD、液氮吸附等測(cè)試技術(shù)，表征了最佳活化條件下制備的PFAC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；以MB溶液為吸附質(zhì)，考察了MB溶液初始濃度、吸附時(shí)間、溶液溫度和pH對(duì)PFAC吸附性能的影響；利用Langmuir模型、Freundlich模型和Dubinin-Radushkevieh模型研究了

4、PFAC的吸附等溫線類型，評(píng)價(jià)了其吸附性能，以及利用Lagergren準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和韋伯-莫里斯粒子內(nèi)擴(kuò)散模型研究了PFAC的吸附動(dòng)力學(xué)，最后通過(guò)公式計(jì)算研究了吸附熱力學(xué)。研究結(jié)果表明：
　　(1)正交實(shí)驗(yàn)確定了制備具有優(yōu)良吸附性能的PFAC的最佳活化工藝參數(shù)為活化質(zhì)量比4:1，活化溫度850℃，活化時(shí)間1.5h。實(shí)驗(yàn)各因素對(duì)PFAC吸附MB能力的影響大小順序?yàn)椋夯罨|(zhì)量比>活化溫度>活化時(shí)間。
　　(

5、2)TG分析探索了KOH的活化過(guò)程，在低溫階段(350-580℃)KOH與碳基反應(yīng)生成氧化鉀(K2O)和碳酸鉀(K2CO3)，產(chǎn)生少量的微孔，起到造孔作用；在高溫階段（800℃以上），K2O和K2CO3繼續(xù)與碳反應(yīng)生成K，繼續(xù)產(chǎn)生微孔，并擴(kuò)充孔徑和孔容，起到擴(kuò)孔作用。
　　(3)SEM觀察得出制備的PFAC具有發(fā)達(dá)的、分布均勻的孔隙結(jié)構(gòu)。FTIR測(cè)試表明，PFAC的表面具有大量的活性基團(tuán)。液氮吸附測(cè)試結(jié)果得出PFAC對(duì)液氮的吸附等

6、溫線類型為I型和IV型的結(jié)合，說(shuō)明PFAC既有微孔又有中孔；BET比表面積為1734.34m2/g，平均孔徑為2.28nm，總孔容積為0.96cm3/g。XRD測(cè)試表明，PFAC存在較強(qiáng)的結(jié)晶化的纖維素結(jié)構(gòu)和較低的石墨化結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
　　(4)研究發(fā)現(xiàn)，增加MB溶液初始濃度，延長(zhǎng)吸附時(shí)間，PFAC對(duì)MB的吸附量增加，最終達(dá)到吸附平衡；升高溶液溫度，增加pH值均有利于提高PFAC對(duì)MB的吸附值。
　　(5)相較于Freundli