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使人類認識到保護環(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，保護環(huán)境等方面的應(yīng)用提供有價值的參考依據(jù)，為解決環(huán)境污染問題提供新的途徑，為解決能源緊缺、資源匱乏問題提供原料，具有重大的現(xiàn)實意義。
　　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、活化時間為因素，以亞甲基藍(methyle

3、ne blue，MB)吸附值為評價指標(biāo)，運用單因素分析和正交實驗設(shè)計原理，確定制備PFAC的最佳活化工藝參數(shù)；通過TG分析，探索了KOH的活化過程；利用SEM、FTIR、XRD、液氮吸附等測試技術(shù)，表征了最佳活化條件下制備的PFAC的結(jié)構(gòu)特點；以MB溶液為吸附質(zhì)，考察了MB溶液初始濃度、吸附時間、溶液溫度和pH對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，評價了其吸附性能，以及利用Lagergren準(zhǔn)一級動力學(xué)模型、準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和韋伯-莫里斯粒子內(nèi)擴散模型研究了PFAC的吸附動力學(xué)，最后通過公式計算研究了吸附熱力學(xué)。研究結(jié)果表明：
　　(1)正交實驗確定了制備具有優(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℃，活化時間1.5h。實驗各因素對PFAC吸附MB能力的影響大小順序為：活化質(zhì)量比>活化溫度>活化時間。
　　(

5、2)TG分析探索了KOH的活化過程，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，并擴充孔徑和孔容，起到擴孔作用。
　　(3)SEM觀察得出制備的PFAC具有發(fā)達的、分布均勻的孔隙結(jié)構(gòu)。FTIR測試表明，PFAC的表面具有大量的活性基團。液氮吸附測試結(jié)果得出PFAC對液氮的吸附等

6、溫線類型為I型和IV型的結(jié)合，說明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測試表明，PFAC存在較強的結(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，延長吸附時間，PFAC對MB的吸附量增加，最終達到吸附平衡；升高溶液溫度，增加pH值均有利于提高PFAC對MB的吸附值。
　　(5)相較于Freundli