畢業(yè)論文 磷酸活化法制備了山核桃殼生物質(zhì)活性炭設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文以山核桃殼為原料，采用磷酸活化法制備了山核桃殼生物質(zhì)活性炭，采用單因素法考察了活化溫度、活化時(shí)間、活化劑濃度對(duì)活性炭亞甲基蘭吸附值、碘吸附值的影響，并對(duì)制備的活性炭進(jìn)行了表征。進(jìn)而做了對(duì)甲基橙的吸附性應(yīng)用。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在磷酸濃度為5 mol·L-1，活化溫度400℃，

2、活化時(shí)間為1h 的條件下，所制備的活性炭性能最優(yōu)。 </p><p>　　上述條件制備的活性炭碘值752.5 mg·g-1，亞甲基蘭值141.7 mg·g-1，國(guó)標(biāo)木質(zhì)凈水用活性炭二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　對(duì)甲基橙吸附實(shí)驗(yàn)表明，核桃殼活性炭吸附水中甲基橙最佳條件為：甲基橙濃度為500mg·L-1，pH為4，吸附時(shí)間為120min，投加量為0.03g。&l

3、t;/p><p>　　綜上，本文以山核桃殼作為原料，磷酸作為活化劑，制備出了低能耗、高吸附性能的環(huán)境友好型活性炭，對(duì)染料吸附性能優(yōu)良，有望成為新一代的活性炭產(chǎn)品。</p><p>　　關(guān)鍵詞：山核桃殼，磷酸活化法，甲基橙； </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this pa

4、per, pecan shells as raw material, phosphoric acid activation prepared pecan shell activated carbon biomass legal system to investigate the activation temperature using single factor, activation time, the impact of the a

5、ctivator concentration on activated carbon adsorption value of methylene blue, iodineadsorption value, and activated carbons were characterized. Furthermore done adsorption of methyl orange applications.</p><p

6、>　　Experimental results show that the concentration of phosphoric acid 5mol·L-1, activation temperature 400℃, activation time of 1h under the conditions of the preparation of activated carbon optimal performance.

7、</p><p>　　Activated carbon iodine value above conditions prepared 752.5mg·g-1, methylene blue value 141.7mg·g-1, close to the two products.</p><p>　　Methyl orange adsorption experiment

8、s showed that walnut shell activated carbon adsorption of methyl orange optimum conditions were: methyl orange concentration of 500mg·L-1, pH 4, adsorption time is 120min, the dosage of 0.03g.</p><p>　　

9、In summary, this paper pecan shells as raw material, phosphoric acid as an activator, prepared a low-power, high adsorption performance of activated carbon and environment-friendly, high performance dye adsorption, is ex

10、pected to becomethe next generation of activated carbon products.</p><p>　　Key words:Pecan shell, phosphoric acid activation method, methyl orange;</p><p><b>　　目錄</b></p><

11、p><b>　　1 緒論 (1)</b></p><p>　　1.1活性炭制備原料 (1)</p><p>　　1.1.1煤炭 (1)</p><p>　　1.1.2石油副產(chǎn)品 (1)</p><p>　　1.1.3生物質(zhì) (1)</p><p>　　1.2活性炭制備方法 (1)

12、</p><p>　　1.2.1物理活化法 (1)</p><p>　　1.2.2化學(xué)活化法 (2)</p><p>　　1.2.3化學(xué)物理活化法 (2)</p><p>　　1.2.4 微波活化法 (3)</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外活性炭的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì) (3)</p><p&

13、gt;　　1.3.1國(guó)內(nèi)外活性炭制備工藝新進(jìn)展 (3)</p><p>　　1.3.2國(guó)內(nèi)外活性炭應(yīng)用及再生研究進(jìn)展 (4)</p><p>　　1.3.3活性炭其它新用途 (6)</p><p>　　1.3.4活性炭的再生 (6)</p><p>　　1.3.5活性炭生產(chǎn)存在的問(wèn)題 (7)</p><p>

14、　　1.3.6活性炭應(yīng)用展望 (7)</p><p>　　1.4論文研究背景及意義 (7)</p><p>　　1.5論文研究?jī)?nèi)容 (8)</p><p>　　2 實(shí)驗(yàn)部分 (9)</p><p>　　2.1儀器及試劑 (9)</p><p>　　2.2材料 (9)</p><p>

15、　　2.3核桃殼活性炭制備 (9)</p><p>　　2.3.1溫度對(duì)活性炭制備的影響 (9)</p><p>　　2.3.2活化劑濃度對(duì)活性炭制備的影響 (10)</p><p>　　2.3.3活化時(shí)間對(duì)活性炭制備的影響 (10)</p><p>　　2.4活性炭質(zhì)量表征方法 (10)</p><p>　

16、　3 結(jié)果與討論 (12)</p><p>　　3.1紅外圖譜 (12)</p><p>　　3.2活化溫度的影響 (12)</p><p>　　3.3活化劑濃度的影響 (13)</p><p>　　3.4活化時(shí)間的影響 (14)</p><p>　　3.5本章小結(jié) (14)</p><

17、p>　　4 核桃殼活性炭吸附甲基橙應(yīng)用 (16)</p><p>　　4.1分析方法及實(shí)驗(yàn)原理 (16)</p><p>　　4.2影響核桃殼活性炭吸附的因素 (16)</p><p>　　4.2.1溶液初始pH (16)</p><p>　　4.2.2吸附劑用量 (17)</p><p>　　4.2.

18、3吸附時(shí)間 (18)</p><p>　　4.3吸附等溫線 (19)</p><p>　　4.4本章小結(jié) (21)</p><p>　　5 結(jié)論 (22)</p><p>　　參考文獻(xiàn) (23)</p><p><b>　　致謝 (26)</b></p><p>

19、;<b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1活性炭制備原料</p><p><b>　　1.1.1煤炭</b></p><p>　　煤炭原料是制造活性炭的重要原料。幾乎所有的煤都可以制出活性炭。其中,成煤時(shí)間短的無(wú)煙煤、弱粘煤、褐煤及泥煤等都是制造活性炭的優(yōu)良原料。由于煤炭資源豐富植物原料(木質(zhì)原料)活性炭的

20、木質(zhì)原料范圍很廣,常選用的有:木炭、椰子等，分布廣泛、價(jià)格低廉,因此以煤為原料生產(chǎn)活性炭有著很好的前景[1]。</p><p>　　1.1.2石油副產(chǎn)品</p><p>　　石油副產(chǎn)品原料主要指石油煉制過(guò)程中的含碳產(chǎn)品及廢料。例如石油、瀝青、石油焦、石油油渣等[4~5]。1990年代初期,中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所采用灰分、雜質(zhì)含量低(<0.01%)的石油系瀝青為原料,采用KOH化

21、學(xué)活化法,制備出比表面積為3600 m2·g-1的活性炭[6~7]。</p><p><b>　　1.1.3生物質(zhì)</b></p><p>　　生物質(zhì)原料有殼、木屑、樹(shù)皮、核桃殼、果核、棉殼、稻殼、竹子、咖啡豆梗、油棕殼、糠醛渣及紙漿廢液等[1~2]。木質(zhì)原料在我國(guó)活性炭工業(yè)中占有著十分重要的地位。其中,椰子殼、核桃殼為最優(yōu),但由于原料有限,制約了其發(fā)展。&

22、lt;/p><p>　　1.2活性炭制備方法</p><p>　　1.2.1物理活化法 </p><p>　　物理活化法是先將原材料在一定溫度下進(jìn)行炭化，然后在一定溫度下用 CO2、O2、空氣或它們的混合氣體進(jìn)行活化，制得具有微細(xì)晶孔質(zhì)的活性炭[11~13]。 炭化的主要目的是去除原材料中在炭化溫度下易揮發(fā)的成分或能夠分解的物質(zhì)，得到適合活化的孔逸結(jié)構(gòu)和具有一定機(jī)械強(qiáng)度

23、的炭化料。炭化的實(shí)質(zhì)是將原材料中易揮發(fā)成分進(jìn)行熱解的過(guò)程，活化過(guò)程的主要目的是利用活化氣體與含碳材料內(nèi)部“活性點(diǎn)”上的碳原子反應(yīng)，通過(guò)開(kāi)孔、擴(kuò)孔和創(chuàng)造新孔，進(jìn)而形成豐富的微孔[10,13~15]。</p><p>　　物理活化法的研究主要集中在活性炭制備與活化劑用量、活化時(shí)間、活化溫度之間的關(guān)系，優(yōu)化活化工藝條件。周建斌等[16]以1.5kg油茶殼為原料、水蒸氣為活化劑，在活化溫度為850℃、活化時(shí)間為2.5h、

24、水蒸氣用量為210g的條件下制得的活性炭的得率為 33.7％、碘吸附值為968mg·g-1、亞甲基藍(lán)吸附值為 180mg·g-1、比表面積為935 mg·g-1。楊坤彬等[17] 以600℃炭化2h的椰子殼炭化料為原料、CO2為活 化氣體，在CO2流量為600mL·min-1、活化時(shí)間為4h、活化溫度為900℃時(shí)制備的活性炭的產(chǎn)率為24%、碘吸附值為1428 mg·g-1、比表面積為16

25、53 mg·g-1、總孔容為1.045cm3·g-1、微孔容為0.8282 cm3·g-1，且以2nm以下的微孔為主，產(chǎn)品性能達(dá)到了雙層電容器專用活性炭標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　物理活化法具有操作簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備腐蝕小、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)化制備活性炭，但物理活化法活化時(shí)間長(zhǎng)、活化溫度高、所制備活性炭的孔結(jié)構(gòu)較小，因此加快反應(yīng)速率、縮短反應(yīng)時(shí)間、降低反應(yīng)能耗是開(kāi)發(fā)物理活化法

26、工藝的關(guān)鍵[18]。 </p><p>　　1.2.2化學(xué)活化法</p><p>　　化學(xué)活化法是利用活化劑刻蝕炭顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成大量的微孔、中孔和大孔[13,19]。與物理活化法相比，化學(xué)活化法的工藝特點(diǎn)是：操作簡(jiǎn)單、活化溫度低、時(shí)間短、能耗低。根據(jù)活性炭用途的不同，可通過(guò)選擇不同的活化劑，制備所需孔徑、結(jié)構(gòu)的活性炭， 例如氫氧化鉀活化是產(chǎn)生新微孔，而磷酸或磷酸鹽活化主要產(chǎn)生中孔?；?/p>

27、學(xué)活化法存在活化劑成本高、腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境、產(chǎn)品殘留活化劑等缺點(diǎn)[9]。目前常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物、無(wú)機(jī)鹽類以及酸，應(yīng)用較多且較成熟的化學(xué)活化劑有氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀、氯化鋅和磷酸等[13,20]。謝應(yīng)波等[21]以瀝青焦粉末為原料，以氫氧化鉀、</p><p>　　氫氧化鈉為活化劑，將瀝青焦粉末分別與不同質(zhì)量活化劑研磨干混，在鎳反應(yīng)器中活化1h，升溫速率為 5℃·min-1，

28、活化溫度為750℃，降溫后取出樣品，在10%的鹽酸溶液中浸泡24h后用去離子水清洗至中性，再在100℃下烘干。研究表明，當(dāng)浸漬比為1:5時(shí)，以氫氧化鉀為活化劑所制樣品的BET比表面積高達(dá)2939m2·g-1、孔容為1.43cm3·g-1；而以氫氧化鈉為活化劑所制樣品的BET比表面積和孔容分別只有1098m2·g-1、0.53cm3·g-1。 氯化鋅活化法是將原料在一定濃度的氯化鋅溶液中浸漬一段時(shí)間

29、，在適宜條件下進(jìn)行炭化、活化，是比較成熟的活性炭制備工藝。氯化鋅活化法使用的原料有限，要求含氧量不低于25%、含氫量不低于5%。由于氯化鋅具有較強(qiáng)的脫羥基和脫水的作用，在高溫下產(chǎn)生的水蒸氣能夠與原料炭化體作用，從而產(chǎn)生不同的孔道結(jié)構(gòu)。而影響活性炭產(chǎn)品的因素主要有：原材 料顆粒的大小、浸漬比、活化劑、浸漬時(shí)間、活化溫度、炭化溫度、活化時(shí)間等[22,23]。李冰等[24]以長(zhǎng)柄扁桃殼為原料、氯化鋅為活化劑，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得出最佳活化工藝條件為

30、：氯化鋅溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%、活化溫度600℃、</p><p>　　1.2.3化學(xué)物理活化法 </p><p>　　化學(xué)物理活化法是在原料中加入一定比例的活化劑進(jìn)行改性浸漬處理，然后加工成型，經(jīng)過(guò)炭化和活化，制備具有特殊性能的活性炭[10]。通過(guò)化學(xué)浸漬處理，原料活性得到提高，在材料內(nèi)部能夠形成大量的傳輸通道，這些都有利于活化劑進(jìn)入孔隙內(nèi)刻蝕，形成大量微孔、中孔和大孔。根據(jù)活性炭用途的不

31、同，化學(xué)物理活化法可以通過(guò)改變浸漬條件，制得所需孔徑分布的活性炭?；瘜W(xué)物理活化法所制備活性炭的表面具有特殊官能團(tuán)、高比表面積和大量中孔，且具有提高吸附大分子的能力和選擇性吸附能力[13,15,26]。 </p><p>　　1.2.4 微波活化法 </p><p>　　微波加熱是通過(guò)物質(zhì)內(nèi)部粒子與高速交變的電磁波相互作用，使電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。與傳統(tǒng)加熱方式相比，微波在活性炭的制備中顯示了獨(dú)

32、特優(yōu)勢(shì)：同時(shí)內(nèi)外加熱，加熱速度快，選擇性較好，污染程度小，過(guò)程易控制等[14,26]。 康琴琴等[27]以核桃殼為原料、以碳酸鉀和氯化鋅為活化劑，采用微波活化法制備了以1~10nm 孔徑為主的活性炭，在微波功率為 600w、輻照時(shí)間為 6min、劑料比為1:2時(shí)，制得的核桃殼活性炭比表面積為1003.8m2·g-1、碘吸附值為1073.</p><p>　　2mg·g-1，對(duì)雙酚 A的吸附容量

33、遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于商業(yè)活性炭。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)低能耗技術(shù)要求的提高，微波技術(shù)在活性炭制備中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外活性炭的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.3.1國(guó)內(nèi)外活性炭制備工藝新進(jìn)展</p><p>　　1.連續(xù)化、無(wú)公害化制造技術(shù)</p><p>　　歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在活性炭制造技術(shù)方面已完成大型

34、化、自動(dòng)化、連續(xù)化、無(wú)公害化制造體系,如美國(guó)的卡爾崗公司、維斯特維公司、荷蘭的諾力特公司、年產(chǎn)活性炭均超過(guò)萬(wàn)噸,員工僅100多人。而且對(duì)制造新工藝的研究與活性炭微孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)基團(tuán)的關(guān)系研究,做到了品種的專用化和多樣化。如美國(guó)、日本的活性炭產(chǎn)品品種達(dá)到數(shù)百種。 2.活化劑低消耗制造工藝的進(jìn)步</p><p>　　日本氯化鋅法活性炭生產(chǎn)技術(shù)采用回轉(zhuǎn)爐兩段法,較低溫活化,其氯化鋅消耗量極低。美國(guó)磷酸法生產(chǎn)活

35、性炭,磷酸消耗在20% (每噸活性炭的酸耗)以下,生產(chǎn)環(huán)境清潔。磷酸的低消耗不僅大大降低生產(chǎn)成本,最主要保護(hù)了環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。 3.原料預(yù)處理</p><p>　　活性炭原料的預(yù)處理包括脫灰和預(yù)氧化[28~34]?；钚蕴可a(chǎn)原料為木質(zhì)、煤質(zhì)等天然產(chǎn)物,均含有一定量的雜質(zhì),如Si、Al、Ca、Mg等元素,這些成分在活性炭制備過(guò)程中有極敏感的阻止微孔形成的作用。通過(guò)對(duì)原料脫灰預(yù)處理,能顯著傳統(tǒng)化學(xué)法術(shù)結(jié)

36、合化學(xué)洗滌法,可獲得灰分為1%的精煤,但是成本相對(duì)較高?；罨皩?duì)原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)难趸幚?可以提高活性炭的吸附性能和產(chǎn)率[30~31]。研究表明,氧化預(yù)處理可獲得煤質(zhì)活性炭比表面積3000m2·g-1,碘吸附值1500 mg·g-1,亞甲基藍(lán)吸附值300mg·g-1,苯酚吸附值250mg·g-1的性能,對(duì)于木質(zhì)活性炭的亞甲基藍(lán)吸附值可達(dá)到760 mg·g-1。 4.使用催化活化劑

37、</p><p>　　當(dāng)利用物理活化法制備超級(jí)活性炭時(shí),添加催化劑進(jìn)行催化活化可成倍提高反應(yīng)速率,降低活化溫度,并且孔徑分布集中。例如,國(guó)內(nèi)專利以采用鈣催化物理活化法,C-H2O反應(yīng)活化能從185 kJ·mol-1降低到161~169 kJ·mol-1孔徑集中于5~10 nm。日本專利采用過(guò)渡金屬元素作催化劑,不僅減少了反應(yīng)時(shí)間,而且獲得比表面積達(dá)到2500~3000m2·g-1的超

38、級(jí)活性炭,有代表性的過(guò)渡金屬化合物有Fe(NO3)3、Fe(OH)3、FePO4、FeBr3、Fe2O3等。但過(guò)快的反應(yīng)速度可能會(huì)使微孔壁面被燒穿,破壞微孔結(jié)構(gòu)[32~34]。 5.使用模板</p><p>　　在無(wú)機(jī)物模板內(nèi)很小空間(納米級(jí))中引入有機(jī)聚合物并使其炭化,然后用強(qiáng)酸將模板溶掉后即可制得與無(wú)機(jī)物模板的空間結(jié)構(gòu)相似的多孔炭材料,該方法可制得孔徑分布窄、選擇吸附性高的中孔活性炭[35]。美國(guó)、日

39、本</p><p>　　有利用硅凝膠微粒(75~147μm,比表面積470m2,孔徑4.7 nm)作為模板,制成比表面積1100~2 000 m2·g-1,孔徑為1~10 nm,并集中在2 nm的窄孔徑分布的活性炭材料。利用模板法制備活性炭的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)改變模板的方法控制活性炭的孔分布,但該方法的缺點(diǎn)是制備工藝復(fù)雜,需用酸去掉模板,使成本提高。 6.物理-化學(xué)活化制得超性能活性炭</p&

40、gt;<p>　　物理-化學(xué)活化法就是將物理活化及化學(xué)活化兩種方法結(jié)合起來(lái)的活化方法,即受過(guò)化學(xué)活化處理的炭再進(jìn)一步使用氣體(水蒸氣或CO2)活化[36]。國(guó)外研究技術(shù)顯示用H3PO4和CO2聯(lián)合活化木質(zhì)材料,先用H3PO4在85℃下浸泡木質(zhì)原料2 h,然后在450℃下炭化4 h,再用CO2在825℃下部分氣化,結(jié)果獲得了比表面積達(dá)3700m2·g-1的超級(jí)活性炭。今后,隨著各項(xiàng)新技術(shù)的交叉使用,傳統(tǒng)的活性炭生產(chǎn)

41、工藝與新的技術(shù)相結(jié)合形成新的生產(chǎn)工藝,有針對(duì)性地研制具有特殊吸附性能的活性炭將成為重要的研究方向之一。</p><p>　　1.3.2國(guó)內(nèi)外活性炭應(yīng)用及再生研究進(jìn)展</p><p>　　開(kāi)拓活性炭應(yīng)用,是發(fā)展活性炭工業(yè)的先導(dǎo)。幾乎大部分行業(yè),包括化工、電力、環(huán)保、原子能、國(guó)防、航天等科學(xué)領(lǐng)域,以及人類日常生活都在不同程度地利用活性炭。因此,進(jìn)一步研究如何更有效地利用活性炭顯得尤為重要。例如

42、,在利用活性炭作為吸附劑時(shí),增加其吸附以外的功能,進(jìn)一步提高使用效果,如催化作用、電化學(xué)作用。這種形成復(fù)合機(jī)能的作用,形成了活性炭獨(dú)特的用途,是今后發(fā)展特異用途很重要的一點(diǎn)。 1.氣相吸附應(yīng)用</p><p>　　高比表面積活性炭與儲(chǔ)氫合金構(gòu)成的復(fù)合材料,可在比較溫和條件下儲(chǔ)存氫氣或其與天然氣的混合物,利用變壓吸附法可有效分離氣體,煉油廠的催化干氣中含有大量氫氣,采用高比表面積活性炭為吸附劑的變壓吸附工藝

43、可在1. 0MPa以下的較低壓力下將干氣中的氫氣回收;城市里對(duì)天然氣的用量隨時(shí)間變化,從而提出天然氣管網(wǎng)的調(diào)峰問(wèn)題,采用填充高比表面積活性炭的吸附罐調(diào)峰,可實(shí)現(xiàn)下游調(diào)峰,并且大大降低調(diào)峰的投資成本。德國(guó)、美國(guó)、以色列等國(guó)利用球形活性炭的動(dòng)態(tài)飽和吸附特性及可多次重復(fù)再生特性合作開(kāi)發(fā)出新型織物,且已被用于制造全身型透氣式防護(hù)服、抗皺內(nèi)衣、飛行服和消毒衣等。具體的應(yīng)用如下：（1）即效性空氣凈化濾器用炭：隨著以保溫、降噪、節(jié)約能源為目的氣密性現(xiàn)

44、代大樓的發(fā)展,建筑材料、家具用品散發(fā)的化學(xué)物質(zhì)以及吸煙產(chǎn)生的香煙煙氣,是現(xiàn)代人多患?xì)獯?、化學(xué)物質(zhì)過(guò)敏、免疫性疾病的重要原因[37]?；钚蕴靠梢蕴砑佣喾N化學(xué)吸附劑制成復(fù)合材料,可以根據(jù)需要賦予各種化學(xué)吸附性能。過(guò)濾薄板中的活性炭含量可以根據(jù)使用目的達(dá)到15%~80%,厚度可以達(dá)到2~20mm。（2）電廠排煙脫硫用負(fù)載型活性炭[38]：煤和石油的使用都造成硫的排放,而</p><p>　　脫硫新技術(shù)為活性炭負(fù)載Co、

45、Ni、Mg和V的化合物后脫除SO2。該方法將金屬離子通過(guò)離子交換或絡(luò)合方式引入到木質(zhì)或煤表面,然后對(duì)其進(jìn)行炭活化。將普通活性炭放入以碳酸鈉為主(含Na2CO3 9% )的復(fù)合溶液中制成的改性活性炭對(duì)H2S的吸附具有良好的選擇性。（3）油汽回收專用活性炭：研究表明:燃油揮發(fā)物(油汽)已經(jīng)成為空氣的重要污染源之一,據(jù)測(cè)定,油氣揮發(fā)物造成的污染占汽車總污染的30%~40%,占尾氣污染的60%~70%[39]。北京燕山石化煉油廠安裝了活性炭油氣

46、回收裝置,該裝置直接回收率為0. 24%[40]。2006年該公司煉油廠裝油站臺(tái)外運(yùn)汽油約106t，共回收汽油288t按可比價(jià)格折合資金為150萬(wàn)元(汽油按2006年銷售均價(jià)5225元/t計(jì)算),經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì), 2006年我國(guó)汽油生產(chǎn)量達(dá)到50×106t如此巨量的汽油在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中,每年排到大氣中的油氣可達(dá)幾萬(wàn)噸。因此,在當(dāng)今能源日益緊張和環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格的情況下,活性炭吸附解吸油氣回收技術(shù)在全國(guó)石油石

47、化企業(yè)具有更廣闊的推廣前景。（4）活性炭吸附解吸高檔溶劑回收系統(tǒng)：活性炭表面一般為非極性,對(duì)非極性有機(jī)</p><p>　　2.液相吸附應(yīng)用活性炭液相吸附</p><p>　　主要應(yīng)用于食品工業(yè)、制藥工業(yè)、環(huán)保行業(yè)、化學(xué)工業(yè)。其中水處理方面的應(yīng)用是活性炭最廣泛的市場(chǎng)。資料顯示,美國(guó)環(huán)保署(USEPA)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)的64項(xiàng)有機(jī)污染物指標(biāo)中,有51項(xiàng)將顆?；钚蕴?GAC)列為最有效技術(shù)[42]

48、。因此,活性炭在水處理方面的應(yīng)用將是本世紀(jì)活性炭應(yīng)用增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域，例如：重金屬回收用活性炭也是目前國(guó)際市場(chǎng)上暢銷的活性炭產(chǎn)品,售價(jià)較高。Norit公司擁有世界上最優(yōu)質(zhì)的重金屬回收用活性炭,其對(duì)于水中無(wú)機(jī)重金屬離子具有一定的選擇吸附能力。如對(duì)于Ag+、Pd2+、Cd2+、CrO4-等離子的吸附率可達(dá)85%以上。該產(chǎn)品通過(guò)催化活化技術(shù)制備,是微孔發(fā)達(dá)、強(qiáng)度高的高檔貴金屬回收用活性炭,具有堆積密度高,吸/脫附速度快等特點(diǎn)。海水中有多種貴金屬

49、和稀有金屬,進(jìn)行精選利用可產(chǎn)生非?？捎^的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn),如利用活性炭和氫氧化鋁、氫氧化鐵混合物共同沉淀可以從海水中分離鈾。</p><p>　　3. 作為催化劑和催化劑載體的應(yīng)用</p><p>　　有催化活性的金屬和金屬氧化物是由于其活性中心的存在,而活性中心多半是由于結(jié)晶的缺陷而存在?；钚蕴烤椭杏袩o(wú)定形炭和石墨炭,具有不飽和鍵,因而具有類似于結(jié)晶缺陷的表現(xiàn)。所以,很多情況下,活性炭是理想的

50、催化劑,特別是氧化還原反應(yīng)中更是如此。例如,活性炭在煙道氣脫硫、硫化氫的氧化、光氣的合成、氯化硫酰的合成、酯的水解,以及在工業(yè)上氯化二氰的合成,電池中氧的去極化作用,臭氧的分解等方面都有著廣泛的應(yīng)用。同時(shí),活性炭也是理想的催化劑載體,因?yàn)樗哂芯薮蟮膬?nèi)比表面積,可以作為負(fù)載中心和反應(yīng)中心?；钚蕴孔鳛楣獯呋瘎┹d體降解有機(jī)廢氣將是今后發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。</p><p><b>　　4. 臨床醫(yī)療應(yīng)用<

51、;/b></p><p>　?。?）口服緊急解毒藥用活性炭活性炭</p><p>　　作為口服緊急解毒藥的應(yīng)用研究取得了重要進(jìn)展。日本選用球狀活性炭試制的吸附材料AST-120口服活性炭(直徑0. 2~0. 3mm)給有肝臟和腎臟障礙的實(shí)驗(yàn)犬服用,服用后延長(zhǎng)了壽命。在芬蘭1份中毒患者治療調(diào)查中顯示, 60%的乙醇和甲醇性中毒患者首選口服活性炭的治療方法,治療收效顯著。在中國(guó)香港,活性

52、炭已成為中毒患者急診治療的首選。在俄羅斯,已經(jīng)允許給兒童服用活性炭用于腹瀉、中毒等的臨床治療。 （2）血液凈化用活性炭</p><p>　　血液凈化是活性炭作為吸附劑之一在醫(yī)學(xué)上的典型應(yīng)用,但吸附選擇性低。為了完善活性炭在臨床上的應(yīng)用,國(guó)內(nèi)外近些年來(lái)對(duì)活性炭的成形技術(shù)、使用方式和專業(yè)吸附性能進(jìn)行了研究,并取得了較快的進(jìn)展,陸續(xù)出現(xiàn)了各種親水凝膠、高分子材料包膜的活性炭、含碳纖維、炭膜以及碳纖維織物等各種形式

53、的醫(yī)用活性炭吸附劑。血液灌流用球狀活性炭已通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn),這種球狀活性炭吸附了引起腎臟障礙的物質(zhì)并將他們從體內(nèi)排除,從而減少了體內(nèi)毒物的累積速度。</p><p>　　1.3.3活性炭其它新用途</p><p>　　活性炭應(yīng)用的其他領(lǐng)域是指活性炭的一些特殊應(yīng)用,它的開(kāi)發(fā)可能給人們的生活帶來(lái)意想不到的結(jié)果?，F(xiàn)列舉其中的一部分:（1）比表面積大的活性炭通過(guò)表面處理,用于電池電極材料,可獲得與鋰離

54、子電池具有相同大容量的蓄電能力。近年來(lái),作為手機(jī)電池、手提情報(bào)端末保護(hù)電源的電極材料需求量急速增長(zhǎng),活性炭可用于主電源和燃料電池。（2）在農(nóng)業(yè)方面,活性炭可制成土壤改良劑,促進(jìn)植物幼苗的生長(zhǎng),用于包炭種子可改善種子性能,用于花卉保鮮劑,雜草抑制劑,家禽飼料添加劑等。（3）用于溫度控制,可制吸附恒溫器和制取超低溫。（4）在高真空技術(shù)中用來(lái)吸附痕量殘余氣體。</p><p>　　1.3.4活性炭的再生</p&g

55、t;<p>　　活性炭的再生是活性炭應(yīng)用的重要支持?；钚蕴拷?jīng)過(guò)一段時(shí)間的吸附后,由</p><p>　　于雜質(zhì)堵塞了活性炭的孔隙致使吸附能力逐漸下降以至完全喪失,最終成為“飽和炭”。因此,從環(huán)保角度和處理系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)方面考慮,對(duì)吸附后的“飽和炭”進(jìn)行“再生”具有重要意義。然而,由于活性炭的非選擇性吸附使得吸附和沉積在其表面上的雜質(zhì)成分多種多樣,帶來(lái)再生技術(shù)上的困難。對(duì)此往往根據(jù)主要吸附質(zhì)的性質(zhì),吸附劑的

56、吸附行為及工藝上是否方便操作來(lái)選擇適當(dāng)?shù)脑偕椒?。目前?guó)內(nèi)外采用的再生方法有:藥劑再生法[46]、微波再生法[47]、生物再生法[48-50]以及催化再生法[51]等。</p><p>　　1.3.5活性炭生產(chǎn)存在的問(wèn)題</p><p>　　我國(guó)目前有中小型活性炭生產(chǎn)企業(yè)1000余家,活性炭產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的三分之一,已成為世界上最大的活性炭生產(chǎn)國(guó), 2007年生產(chǎn)量達(dá)到35萬(wàn)噸,出口量25

57、萬(wàn)噸。但是我國(guó)活性炭行業(yè)在制造技術(shù)上不如歐美國(guó)家,國(guó)外在活性炭制造方面已達(dá)到了規(guī)模化、自動(dòng)化、低消耗、無(wú)污染、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的先進(jìn)水平,而我國(guó)仍然存在生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、資源浪費(fèi)等問(wèn)題。特別是在化學(xué)法生產(chǎn)活性炭技術(shù)上,與日美等國(guó)有較大差距。日本氯化鋅法活性炭生產(chǎn)技術(shù)采用回轉(zhuǎn)爐兩段法,其氯化鋅消耗幾乎為零,且不用鹽酸回收鋅。而我國(guó)的氯化鋅消耗平均為每噸活性炭300 kg,鹽酸消耗為每噸活性炭500 kg。美國(guó)磷酸法生產(chǎn)活性炭酸消耗

58、在20%以下,我國(guó)平均在35%。這不僅造成生產(chǎn)成本的上升,最主要還給環(huán)境帶來(lái)了較大的公害。國(guó)內(nèi)的活性炭工業(yè)必須注重研究活性炭的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì),加強(qiáng)新技術(shù)開(kāi)發(fā),促進(jìn)整個(gè)活性炭行業(yè)的良好發(fā)展。</p><p>　　1.3.6活性炭應(yīng)用展望</p><p>　　21世紀(jì)中國(guó)的活性炭行業(yè)仍然具有廣闊的發(fā)展前景?；钚蕴吭诃h(huán)保、食物提純和催化劑等方面繼續(xù)發(fā)揮重要作用的同時(shí),人們已將活性炭與儲(chǔ)氣、膜分離、

59、化工分離、分析傳感器和生物機(jī)體聯(lián)系起來(lái),這些研究領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)為活性炭產(chǎn)品提供了新的生命力,也為活性炭的研制提出了新的要求。活性炭的研制應(yīng)著眼于應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,所以有針對(duì)性地研制具有特殊吸附性能的活性炭成為重要的研究方向之一。在活性炭應(yīng)用方面,根據(jù)吸附質(zhì)的特征采用合適的活性炭及低成本制備方法是很有意義的課題。利用特殊的廢棄物制備活性炭以發(fā)現(xiàn)特殊的吸附機(jī)能、尋找廉價(jià)黏接劑等也是重要的研究方向。</p><p>　　1.

60、4論文研究背景及意義</p><p>　　在能源危機(jī)的大背景下，常規(guī)活性炭原料木材、煤炭等已逐漸退出歷史舞臺(tái)，取而代之的是具有價(jià)格低廉、資源豐富、安全可再生等特性的生物質(zhì)材料。以生物質(zhì)資源為原料來(lái)制備活性炭，一方面在很大程度上降低了活性炭的成本；另一方面也使農(nóng)作物殘?bào)w得到了資源化利用，同時(shí)避免了無(wú)組織焚燒帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題。我國(guó)北方地區(qū)盛產(chǎn)山核桃，因此山核桃殼資源也是比較豐富。本文利用核桃殼制備生物質(zhì)活性炭。另外，在

61、上述制備活性炭的方法中，化學(xué)活化法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其中磷酸活化法作為一種常用的活化方法，因其所需活化溫度低，所以能耗少[43]，并且具有剩余磷酸易回收，活性炭產(chǎn)品產(chǎn)率高的特點(diǎn)，因此，本文即采用磷酸活化法來(lái)制備山核桃殼生物質(zhì)活性炭。</p><p><b>　　1.5論文研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本文的研究?jī)?nèi)容如下： </p><p>

62、;　　（1）以山核桃殼作為原料，磷酸活化法制備混合基活性炭，采用單因素實(shí)驗(yàn)方法得到制備活性炭的最佳實(shí)驗(yàn)條件； </p><p>　?。?）利用碘吸附值法與亞甲基藍(lán)吸附值法對(duì)制備出的活性炭進(jìn)行表征； </p><p>　?。?）考查核桃殼生物質(zhì)活性炭對(duì)甲基橙的吸附性能； </p><p>　?。?）最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探討混合基生物質(zhì)活性炭的實(shí)際應(yīng)用性。 </p>

63、;<p>　　綜上，本文預(yù)期制備出低能耗、低灰分、高表觀密度、高比表面積和高吸附性能的環(huán)境友好型混合基活性炭。</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p><b>　　2.1儀器及試劑</b></p><p>　　本研究所用通用試劑及儀器見(jiàn)表2-1，表2-2。</p>&l

64、t;p>　　表2-1儀器型號(hào)及生產(chǎn)廠家</p><p>　　表2-2實(shí)驗(yàn)試劑規(guī)格及生產(chǎn)廠家</p><p><b>　　2.2材料 </b></p><p>　　該實(shí)驗(yàn)制備活性炭的材料取自于陜南的山核桃殼，經(jīng)過(guò)水洗晾干之后，磨碎至80~150目，密封保存待用。</p><p>　　2.3核桃殼活性炭制備</p

65、><p>　　2.3.1溫度對(duì)活性炭制備的影響</p><p>　　稱取10g核桃殼碎片5份分別放入5個(gè)坩堝中，用移液管分別移取4 mol·L-1的磷酸溶液15ml加入到坩堝中攪拌，使核桃殼完全侵潤(rùn)，蓋上坩堝蓋，常溫下活化16h后，將其轉(zhuǎn)移到電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在120℃條件下干燥8h后，轉(zhuǎn)至馬弗爐中，分別在300℃、350℃、400℃、450℃、500℃下活化60min后冷卻，密封保

66、存待用.</p><p>　　2.3.2活化劑濃度對(duì)活性炭制備的影響</p><p>　　稱取10g核桃殼碎片5份分別放入5個(gè)坩堝中，用移液管分別移取2 mol·L-1、3 mol·L-1、4 mol·L-1、5 mol·L-1、6 mol·L-1的磷酸溶液15ml加入到坩堝中攪拌，使核桃殼完全浸潤(rùn)，蓋上坩堝蓋，常溫下活化16h后，將其轉(zhuǎn)移

67、到電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在120oC條件下干燥8h后，轉(zhuǎn)至馬弗爐中，在400oC下活化60min后冷卻，密封保存待用.</p><p>　　2.3.3活化時(shí)間對(duì)活性炭制備的影響</p><p>　　稱取10g核桃殼碎片5份分別放入5個(gè)坩堝中，用移液管分別移取4 mol·L-1的磷酸溶液15ml加入到坩堝中攪拌，使核桃殼完全侵潤(rùn)，蓋上坩堝蓋，常溫下活化16h后，將其轉(zhuǎn)移到電熱鼓風(fēng)干燥箱

68、中，在120oC條件下干燥8h后，轉(zhuǎn)至馬弗爐中，在400oC下分別活化30 min、45 min、60min、75 min、90 min后冷卻，密封保存待用.</p><p>　　2.4活性炭質(zhì)量表征方法</p><p>　　根據(jù)我國(guó)木質(zhì)凈水用活性炭技術(shù)指標(biāo)GB/T 13804-1999（見(jiàn)表2-3）可知，該實(shí)驗(yàn)制備的生物質(zhì)活性炭的等級(jí)；</p><p>　　表2

69、-3 我國(guó)木質(zhì)凈水用活性炭技術(shù)指標(biāo)GB/T 13804-1999</p><p>　　2.4.1. 碘吸附值的測(cè)定</p><p>　　稱取經(jīng)磨碎的核桃殼生物質(zhì)活性炭0.5g，放入干燥的100mL碘量瓶中，準(zhǔn)確加入（1+9）鹽酸10.0mL，使試樣濕潤(rùn)，放在電爐上 ，加熱至微沸（30+2s），冷卻至室溫后，加入50mL0.1 mol·L-1碘標(biāo)準(zhǔn)溶液，塞好瓶塞，在振蕩器里震蕩15

70、min，迅速過(guò)濾到干燥燒杯中，用移液管移取10ml濾液，放入250ml容量瓶中，加入100ml水，用0.01 mol·L-1硫代硫酸鈉溶液進(jìn)行滴定，在溶液呈淡黃色時(shí)，加2ml淀粉指示液，溶液會(huì)變藍(lán)，繼續(xù)滴定至無(wú)色，記錄下使用的硫代硫酸鈉的體積。</p><p>　　2.4.2.亞甲基藍(lán)吸附值的測(cè)定</p><p>　　稱取經(jīng)磨碎的核桃殼生物質(zhì)活性炭0.100g(精確至1mg),置

71、于干燥的250ml燒杯中，用滴定管加入適量的亞甲基藍(lán)溶液，待活性炭試樣全部潤(rùn)濕，并搖蕩幾下觀察溶液的顏色變化。若溶液的顏色很快退去，可再適量添加一些亞甲基藍(lán)試液，直至搖蕩之后溶液中仍有少許藍(lán)色為止。將上述溶液至于電動(dòng)震蕩機(jī)上震蕩20min，用濾紙過(guò)濾，將濾液置于比色皿中，用紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)為665nm下測(cè)定吸光度，與硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)色液(4.000g結(jié)晶硫酸銅溶于1000ml水中)的吸光度對(duì)照。度數(shù)差距不超過(guò)0.02時(shí)為止。計(jì)算出每克活性

72、炭吸附的亞甲基藍(lán)的質(zhì)量(mg)，及亞甲基藍(lán)吸附值（B，mL·0.1g-1）也可轉(zhuǎn)化成以mg·g-1為單位.</p><p><b>　　3 結(jié)果與討論</b></p><p><b>　　3.1紅外圖譜</b></p><p>　　目前，磷酸活化法已成為制備脫色用活性炭的主要方法。磷酸活性炭不僅具有發(fā)達(dá)

73、的孔隙結(jié)構(gòu)，而且由于所需的活化溫度低(400~500℃)，導(dǎo)致磷酸活性炭有高含量的表面官能團(tuán)。其主要來(lái)源除常見(jiàn)的羧基、羥基、羰基及酯基等含氧基團(tuán)外，還包括酸性強(qiáng)弱與羧基相當(dāng)?shù)暮坠倌軋F(tuán)。</p><p>　　由圖3.1可知，炭化后1000~1250cm-1之間有吸收峰,由文獻(xiàn)可知，此處的吸收峰是含磷官能團(tuán)產(chǎn)生的；1500~1600cm-1與芳環(huán)中C=C的伸縮振動(dòng)有關(guān)；1800cm-1是C=O的振動(dòng)產(chǎn)生[52]；2

74、800-3000cm-1為脂肪族中-CH的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生；3250~3450cm-1為磷酸中-OH的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生[53]。</p><p>　　圖3.1 核桃殼活性炭傅里葉變換紅外光譜</p><p>　　3.2活化溫度的影響</p><p>　　圖3.2活化溫度對(duì)碘吸附值及亞甲基藍(lán)吸</p><p>　　圖3.2所示為活性炭的碘吸附值和亞甲基

75、藍(lán)吸附值隨溫度變化曲線圖，隨溫度的變化趨勢(shì)大致相同，二者均隨著溫度的升高而逐步上升，在400℃達(dá)到最大值，然后隨著溫度的升高而降低。原因可能在于活化溫度升高時(shí)，纖維素分子間的羥基、羧基的脫水作用增強(qiáng)，利于孔隙的形成，進(jìn)而利于對(duì)碘和亞甲基藍(lán)的吸附，而當(dāng)溫度高于400℃以后，炭的燒失會(huì)使所形成的微孔孔隙變大，從而導(dǎo)致碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值的降低。故選 400℃作為實(shí)驗(yàn)的活化溫度。</p><p>　　3.3活化劑濃

76、度的影響</p><p>　　圖3.3活化劑濃度對(duì)碘吸附值及亞甲基藍(lán)吸附值的影響</p><p>　　由圖3.3可得，隨著磷酸濃度的提高，活性炭產(chǎn)品的中孔和微孔數(shù)量也在增加，但當(dāng)磷酸濃度達(dá)到 5 mol·L-1 后，再增加磷酸的濃度，碘吸附值有所降低且亞甲基蘭吸附值也不再增加。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)所用磷酸濃度范圍內(nèi)，活性炭產(chǎn)率也沒(méi)有明顯的變化。磷酸

77、浸漬過(guò)程的作用分為解聚、脫水、溶脹及促使形成新的聚合體結(jié)構(gòu)。并且，磷酸在高溫下可以發(fā)生下列反應(yīng)：</p><p>　　H3PO4→ H4P2O7→ Hn+2PnO3n+1</p><p>　　H4P2O7→ HPO3→(HPO3)n</p><p>　　4H3PO3→3H3PO4+ PH3</p><p>　　其中，磷酸自身在高溫下反應(yīng)生

78、成的 H3PO3是良好的阻燃劑，可以保持材料原有的結(jié)構(gòu),可以在一定程度上避免活性炭體的過(guò)度灼蝕。磷酸在活化過(guò)程中的造孔作用主要是兩方面：一是磷酸在生物質(zhì)炭前驅(qū)體中的分散占據(jù)了一定位置，并通過(guò)活化后洗出磷酸在活性炭中留下了孔隙；二是由于磷酸的催化降解作用，促使生物質(zhì)炭前驅(qū)體的小分子化，然后在熱的作用下形成氣體逸出物料體系，從而在炭中留下孔隙。與此同時(shí)磷酸可以促使 H、O 以水分子 H2O 形式從生物質(zhì)中脫除，促進(jìn)解聚反應(yīng)，進(jìn)而留下了孔隙。

79、</p><p>　　3.4活化時(shí)間的影響</p><p>　　由圖 3.4可知，活化時(shí)間從 30 min 增加到60 min 時(shí)，活性炭的亞甲基藍(lán)吸附值增加較快，活化時(shí)間超過(guò) 60 min 以后，亞甲基藍(lán)吸附值逐漸下降，并趨于穩(wěn)定；而碘吸附值在活化時(shí)間從 30 min 到 60 min 的范圍內(nèi)，增加較快，60 min 以后也趨于穩(wěn)定。出現(xiàn)此現(xiàn)象的可能原因在于：隨著活化時(shí)間的延長(zhǎng)，原料不

80、斷進(jìn)行活化，60 min 時(shí)活化已經(jīng)基本完成。所以，呈現(xiàn)出上述時(shí)間范圍內(nèi)的變化。</p><p><b>　　3.5本章小結(jié)</b></p><p>　　根據(jù)木質(zhì)凈水用活性炭技術(shù)指標(biāo) GB/T 13804-1999，如表2.5，實(shí)驗(yàn)室制備的混合基生物質(zhì)活性炭碘值為752.5 mg·g-1接近國(guó)標(biāo)木質(zhì)凈水用活性炭二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；亞甲基藍(lán)值141.7 mg·

81、g-1遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了優(yōu)級(jí)品的120 mg·g-1。 </p><p>　　4 核桃殼活性炭吸附甲基橙應(yīng)用</p><p>　　4.1分析方法及實(shí)驗(yàn)原理</p><p>　　原理：甲基橙在酸性和堿性條件下具有染料化合物的主體結(jié)構(gòu)（偶氮式、醌式結(jié)構(gòu)）,是一種常見(jiàn)的染料，活性炭因具有特定的表面化學(xué)性質(zhì)、復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)和大的比表面積，因而對(duì) 甲基橙的吸附具有很好的作用

82、。</p><p>　　（1）吸附計(jì)算分析：實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)按以下公式處理,算出其吸附量(qe)： \* MERGEFORMAT 錯(cuò)誤！未找到引用源。 \* MERGEFORMAT 錯(cuò)誤！未找到引用源。（4-1）</p><p>　?。?）吸附率(adsorption%)：</p><p>　　\*

83、 MERGEFORMAT 錯(cuò)誤！未找到引用源。 （4-2）</p><p>　　其中：qe為吸附量，mg/g；</p><p>　　c0 (mg/L)——初始甲基橙濃度；</p><p>　　錯(cuò)誤！未找到引用源。 (mg/L)——吸附后溶液中剩余的甲基橙濃度；</p><p>　　v (L)——溶液的體積。&l

84、t;/p><p>　　錯(cuò)誤！未找到引用源。 (g)——吸附劑的質(zhì)量</p><p><b>　　2.吸附等溫線分析</b></p><p>　　吸附平衡量被用來(lái)判定吸附劑的最大吸附量,吸附等溫線作為主要的衡量方法,主要包括6種判定模型,平衡所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用來(lái)計(jì)算吸附模型。通過(guò)進(jìn)行批量吸附實(shí)驗(yàn),精確稱取所用吸附劑用量,使其與吸附溶液充分接觸,攪拌處理,

85、直到吸附達(dá)到平衡,對(duì)所獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)釆用吸附等溫線方程進(jìn)行處理,得到主要參數(shù),從而判定吸附性能。最常用的吸附等溫線模型主要是 Langmuir 模型。</p><p>　　Langmuir吸附等溫線模型：</p><p>　　Langmuir吸附模型描述了非均相表面吸附過(guò)程,假定所有的吸附位點(diǎn)與被</p><p>　　吸附物的親和力相同,每個(gè)吸附位點(diǎn)的吸附反應(yīng)對(duì)彼此沒(méi)

86、有影響。Langmuir等溫線模型方程如(4-3),(4-4)所示:</p><p><b>　　（4-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　其中, \* MERGEFORMAT 錯(cuò)誤！未找到引用源。qe—每克吸附劑上所吸附離子質(zhì)量, mol·kg-1;</p

87、><p>　　錯(cuò)誤！未找到引用源?！狡胶夂?吸附溶液濃度, mg·L-1;</p><p>　　錯(cuò)誤！未找到引用源?！絼┌腼柡蜁r(shí),溶液濃度的倒數(shù), L·mg-1。</p><p>　　4.2影響核桃殼活性炭吸附的因素</p><p>　　4.2.1溶液初始pH </p><p>　　取4個(gè) 50

88、mL 錐形瓶，分別加入50 mg·L-1的染料50mL，并分別調(diào)節(jié)pH為3、4、5、6、7，再分別加入0.03g最佳條件下制備的活性炭，在設(shè)定溫度為二十四攝氏度的恒溫磁力攪拌器上以 100 rad·min-1的速率震蕩，吸附3h后測(cè)其吸光度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線公式計(jì)算出吸附之后溶液中剩余的甲基橙的濃度，并作出梯度曲線算出去除率。</p><p>　　按照實(shí)驗(yàn)安排進(jìn)行了溶液初始pH,對(duì)吸附效果的影響

89、,結(jié)果如表4-1、圖4. 1所示。</p><p>　　表4-1 溶液初始pH值對(duì)吸附量的影響</p><p>　　圖4-1 溶液初始pH值對(duì)吸附量的影響</p><p>　　由圖4-1可得，初始pH從3~4時(shí)，吸附率逐漸升高，初始pH≥4時(shí)吸附效果變化范圍不大，說(shuō)明核桃殼活性炭吸附穩(wěn)定性強(qiáng),不易受環(huán)境體系影響。</p><p>　　4.2.

90、2吸附劑用量</p><p>　　取5個(gè) 50mL 錐形瓶，分別加入50 mg· L-1的染料50mL，再分別加入0.01g、0.02g、0.03g、0.04g、0.05 g最佳條件下制備的活性炭，在設(shè)定溫度為二十四攝氏度的恒溫磁力攪拌器上以震蕩，吸附3h后測(cè)其吸光度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線公式計(jì)算出吸附之后溶液中剩余的甲基橙的濃度，并作出梯度曲線算出去除率；</p><p>　　通過(guò)改

91、變吸附劑加入量,研究核桃殼活性炭對(duì)甲基橙吸附效果影響,結(jié)果如表4-2、圖4-2所示。</p><p>　　表4-2 吸附劑用量的影響</p><p>　　圖4-2 吸附劑用量的影響</p><p>　　由圖可得,吸附劑加入量從0.01g增至0.03g, 核桃殼活性炭對(duì)甲基橙的吸附率逐漸升高；吸附劑加入量從0.03g增至0.05g,核桃殼活性炭對(duì)甲基橙的吸附基本不變

92、,吸附劑的加入量對(duì)吸附影響不大。所以加入量為0.03g為最佳。</p><p><b>　　4.2.3吸附時(shí)間</b></p><p>　　取最佳條件下制備的活性炭0.03g放入50mL 錐形瓶中，加入50 mg·L-1的染料50mL，在設(shè)定溫度為二十四攝氏度的恒溫磁力攪拌器上以100rad·min-1的速率震蕩，從開(kāi)始震蕩開(kāi)始計(jì)時(shí)每隔30min取

93、一次樣并測(cè)其吸光度，直到取夠6次樣為止。并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線公式計(jì)算出吸附之后溶液中剩余的甲基橙的濃度，并作出梯度曲線算出去除率；</p><p>　　通過(guò)改變吸附時(shí)間,研究核桃殼活性炭對(duì)甲基橙吸附效果影響,結(jié)果見(jiàn)表4-3、圖4-3所示。</p><p>　　表4-3吸附時(shí)間的影響</p><p>　　圖4-3 吸附時(shí)間的影響</p><p>　　

94、由圖可得，當(dāng)吸附時(shí)在120min以內(nèi)時(shí)，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)吸附率也逐漸增加，當(dāng)時(shí)間超過(guò)120min以后吸附率不再增加，說(shuō)明當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到120min時(shí)吸附達(dá)到平衡狀態(tài)。</p><p><b>　　4.3吸附等溫線</b></p><p>　　取最佳條件下制備的活性炭0.3g 放入50mL 錐形瓶中，分別加入100 mg·L-1，200 mg·L-

95、1,300 mg·L-1,400 mg·L-1、500 mg·L-1、600 mg·L-1、700 mg·L-1的甲基橙溶液10ml，在設(shè)定溫度為二十四攝氏度的恒溫振蕩箱中振蕩30min，過(guò)濾后測(cè)定吸光度，并使用Langmuir等溫線模型進(jìn)行擬合。</p><p>　　通過(guò)對(duì)吸附等溫線進(jìn)行了研究,結(jié)果如圖4-4所示。</p><p>　　圖

96、4-4核桃殼活性炭對(duì)甲基橙吸附等溫線</p><p>　　從圖4.4中可看出,當(dāng)吸附劑投加量為0.3g時(shí)，隨著溶液中甲基橙濃度的增加,吸附劑對(duì)甲基橙的吸附能力也隨著增大,當(dāng)甲基橙濃度達(dá)到500 mg·L-1時(shí)，吸附飽和。這是由于有限的吸附劑表面活性位點(diǎn)完全被甲基橙所占據(jù)，致使吸附趨于飽和,不再增大。</p><p>　　通過(guò)對(duì)等溫線數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)angmuir擬合模型進(jìn)行擬合,結(jié)果見(jiàn)

97、圖4-5,計(jì)算得到的模型參數(shù)如表4-4所示。</p><p>　　圖4-5核桃殼活性炭吸附甲基橙Langmuir擬合圖</p><p>　　（M活性炭=0.03g，c甲基橙=500 mg·L-1，t=120min條件下吸附）</p><p>　　表4-4 核桃殼活性炭對(duì)甲基橙的吸附等溫模型參數(shù)</p><p>　　從表中結(jié)果可看出:

98、核桃殼活性炭吸附甲基橙較符合Langmuir模型,吸附過(guò)程屬單分子層吸附。</p><p><b>　　4.4本章小結(jié)</b></p><p>　　對(duì)甲基橙吸附實(shí)驗(yàn)表明，核桃殼活性炭吸附水中甲基橙最佳條件為：甲基橙濃度為500mg·g-1，pH為4，吸附時(shí)間為120min，活性炭投加量為0.03g。核桃殼活性炭吸附甲基橙較符合Langmuir模型,吸附過(guò)程屬

99、單分子層吸附。 </p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　本文以山核桃殼為原材料，制備生物質(zhì)活性炭，采用單因素法分別從活化劑濃度，活化溫度、活化時(shí)間來(lái)研究制備核桃殼生物質(zhì)活性炭的最佳條件，通過(guò)碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值以及傅里葉變換紅外光譜圖對(duì)所制備的活性炭進(jìn)行表征，并且利用本實(shí)驗(yàn)所制備出的核桃殼活性炭對(duì)甲基橙做了應(yīng)用性吸附實(shí)驗(yàn)，探討出了最佳吸

100、附pH值、投加量和最佳吸附時(shí)間，還通過(guò)Langmuir 模型進(jìn)行等溫線分析。</p><p>　　總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到如下結(jié)論：</p><p>　　1.制備核桃殼生物質(zhì)活性炭的最佳條件為：磷酸濃度為 5 mol·L-1，活化溫度 400℃，活化時(shí)間為 1h； </p><p>　　2.山核桃殼制備生物質(zhì)活性炭,在最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件下，其碘值可達(dá)到749.5 m

101、g·g-1，亞甲基蘭值達(dá) 141.7 mg·g-1，接近國(guó)標(biāo)木質(zhì)凈水用活性炭二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　3. 對(duì)甲基橙吸附實(shí)驗(yàn)表明，核桃殼活性炭吸附水中甲基橙最佳條件為：甲基橙濃度為500 mg·L-1，pH為4，吸附時(shí)間為120min，活性炭投加量為0.03g。核桃殼活性炭吸附甲基橙較符合Langmuir模型,吸附過(guò)程屬單分子層吸附。</p><p>&

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