黃芪廢渣活性炭的制備、改性及其吸附性能研究.pdf

1、我國(guó)的中藥資源十分豐富，每年消耗大量中草藥的同時(shí)也隨之產(chǎn)生了大批量的中藥廢渣。黃芪廢渣作為中藥廢渣的一種，年產(chǎn)量大，來源廣泛。目前，大批量的黃芪廢渣被當(dāng)作工業(yè)垃圾或生活垃圾，進(jìn)行堆放、焚燒或者填埋處理，不僅造成資源浪費(fèi)還嚴(yán)重污染環(huán)境。與此同時(shí)，隨著近代工業(yè)的快速發(fā)展，各種重金屬與有機(jī)物對(duì)環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，世界資源的緊缺趨勢(shì)漸顯，因此對(duì)中藥廢渣進(jìn)行二次利用，達(dá)到以廢治廢的目的成為研究的熱點(diǎn)。
　　本課題選取黃芪廢渣作為原料，以氫氧

2、化鉀為活化劑制備黃芪廢渣活性炭（ASC），并采用高錳酸鉀(KMnO4)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)分別對(duì)ASC進(jìn)行改性，并將改性前后的活性炭用于對(duì)水溶液中重金屬離子Cu2+、Cd2+與有機(jī)物質(zhì)甲苯與苯胺的吸附。通過單因素實(shí)驗(yàn)研究氫氧化鉀濃度、浸漬比、活化時(shí)間、活化溫度等對(duì)活性炭吸附性能和產(chǎn)率的影響，確定最佳ASC制備條件。研究改性劑濃度、改性時(shí)間等對(duì)ASC表面性質(zhì)及吸附性能的影響，確定最佳改性條件。利用掃描電子顯微鏡、比表面積測(cè)定

3、和X射線衍射等分析手段對(duì)改性前后的ASC進(jìn)行表征。通過靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)考察了溶液pH值、吸附劑用量、時(shí)間等因素對(duì)吸附過程的影響，并進(jìn)行了吸附等溫?cái)M合和動(dòng)力學(xué)研究，深入研究改性前后ASC對(duì)重金屬離子和有機(jī)物的吸附性能。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以氫氧化鉀為活化劑制備ASC的最佳工藝條件是：氫氧化鉀濃度為20%，浸漬比(氫氧化鉀溶液體積（mL）：黃芪廢渣質(zhì)量(g))3：1，活化溫度600℃，活化時(shí)間80min。黃芪廢渣經(jīng)活化炭化后，比表面積為1

4、519.53m2/g；掃描電鏡結(jié)果顯示，ASC的表面變得粗糙多孔，出現(xiàn)了蜂窩狀孔隙結(jié)構(gòu)；XRD圖顯示，活性炭產(chǎn)生了石墨微晶結(jié)構(gòu)，增加了活性炭的穩(wěn)定性。
　　以KMnO4為氧化劑改性ASC的最佳條件為：KMnO4濃度為0.15mol/L，浸漬比（ASC質(zhì)量（g）：KMnO4溶液體積(L)）為10:1，改性溫度為98℃，時(shí)間90min。將KMnO4改性前的ASC與改性后的ASC-Mn用于Cd2+、Cu2+的吸附。在Cd2+溶液濃度為1

5、00mg/L，溶液pH值為6.0，吸附時(shí)間為60min，投加量為2g/L的條件下，ASC和ASC-Mn對(duì)Cd2+的吸附率分別為73.10%、97.24%。根據(jù)Langmuir吸附等溫式計(jì)算ASC和ASC-Mn對(duì)Cd2+的飽和吸附量分別為116.96mg/g、217.86mg/g。在Cu2+溶液濃度63.5mg/L，溶液pH值為5.0，吸附時(shí)間為60min，投加量為2g/L條件下，ASC和ASC-Mn對(duì)Cu2+的吸附率分別為98.20%、

6、100%。根據(jù)Langmuir吸附等溫式計(jì)算ASC和ASC-Mn對(duì)Cu2+的飽和吸附量分別是125.73mg/g、196.46mg/g。ASC-Mn對(duì)Cd2+和Cu2+的吸附動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。KMnO4氧化改性之后，改性產(chǎn)物對(duì)Cd2+和Cu2+的飽和吸附量顯著增加，主要是因?yàn)楦男灾蟮狞S芪廢渣活性炭表面負(fù)載了大量的二氧化錳，含氧官能團(tuán)的數(shù)量較改性前顯著增加。
　　CTAB改性ASC的最佳條件是：CTAB濃度為0.05mo

7、l/L，浸漬比（ASC質(zhì)量（g）：CTAB溶液體積(L)）10：1，改性時(shí)間7h，改性溫度70℃。將CTAB改性前的ASC和改性后的ASC-N用于對(duì)有機(jī)物甲苯和苯胺的吸附。在甲苯溶液濃度為200mg/L，溶液pH值為7.5，投加量2g/L，時(shí)間60min的條件下，ASC和ASC-N對(duì)甲苯的吸附率分別為54.79%、80.05%。根據(jù)Langmuir吸附等溫式計(jì)算，ASC和ASC-N對(duì)甲苯的飽和吸附量分別為178.88mg/g、266.1

8、8mg/g。在苯胺溶液濃度為100mg/L，溶液pH值為6.5，投加量2g/L，時(shí)間60min條件下，ASC和ASC-N對(duì)苯胺的吸附率分別為27.92%、82.45%。根據(jù)Langmuir吸附等溫式計(jì)算，ASC和ASC-N對(duì)苯胺的飽和吸附量分別為74.51mg/g、121.54mg/g。ASC-N對(duì)甲苯和苯胺的吸附動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。CTAB改性之后，改性產(chǎn)物對(duì)甲苯和苯胺的飽和吸附量顯著增加，是因?yàn)楦男灾蟮狞S芪廢渣活性炭表面極