氧化鎂基活性炭復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、本文以鎂鹽和商品活性炭為原料,運(yùn)用過(guò)量浸漬法、等體積浸漬法、機(jī)械混合法和化學(xué)沉淀-原位復(fù)合法制備-系列氯化鎂/活性炭復(fù)合材料、氫氧化鎂/活性炭復(fù)合材料和氧化鎂/活性炭復(fù)合材料。利用差熱.熱重分析儀、比表面積及孔結(jié)構(gòu)分析儀、X射線衍射儀、紅外光譜儀和掃描電鏡等現(xiàn)代儀器對(duì)其進(jìn)行了表征分析,并研究了該系列鎂炭復(fù)合材料的吸濕性能、對(duì)廢水中有機(jī)物和重金屬離子的吸附脫除性能及對(duì)催化裂化汽油中硫化物的吸附脫除性能。
　　 運(yùn)用過(guò)量浸漬法、等體

2、積浸漬法、機(jī)械混合法和化學(xué)沉淀-原位復(fù)合法制得氯化鎂/活性炭復(fù)合材料、氫氧化鎂/活性炭復(fù)合材料和氧化鎂/活性炭復(fù)合材料。發(fā)現(xiàn):鎂鹽改性活性炭得到的復(fù)合材料的比表面積隨著焙燒溫度和焙燒時(shí)間的變化而變化,其平均孔徑均大于2nm,具有中孔性質(zhì)。鎂鹽負(fù)載在活性炭上之后,其特征峰峰強(qiáng)變?nèi)?說(shuō)明氯化鎂負(fù)載在活性炭上之后,鎂鹽的晶體結(jié)構(gòu)被破壞,在晶面上出現(xiàn)不同程度缺陷結(jié)構(gòu)。在復(fù)合材料中,鎂元素分別以氯化鎂、氫氧化鎂和氧化鎂的形式存在,分散于活性炭的孔

3、隙內(nèi)外,鎂組分和炭組分有一定的相互作用。
　　 研究了氯化鎂/活性炭復(fù)合材料的吸濕性能。結(jié)果表明,氯化鎂/活性炭復(fù)合干燥劑的吸濕量隨著氯化鎂含量的增加而增加;在氯化鎂含量固定時(shí),相對(duì)濕度越高,干燥劑的吸濕量越大。吸濕過(guò)程遵循偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,再生性能好,可循環(huán)利用。
　　 研究了氯化鎂/活性炭復(fù)合材料、氫氧化鎂/活性炭復(fù)合材料和氧化鎂/活性炭復(fù)合材料對(duì)水溶液中染料(弱酸性紅2R、普拉紅B、弱酸性艷藍(lán)RAWL、亞甲基藍(lán)、分

4、散深藍(lán)S-3BG、中性紅2GL和堿性紫)的靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)吸附性能。靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:氧化鎂基活性炭復(fù)合材料對(duì)染料的吸附均是快速吸附過(guò)程,在實(shí)驗(yàn)考察的溫度范圍內(nèi),對(duì)染料的吸附均遵循偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,吸附過(guò)程分別可用Iangmuir和Freundlich吸附等溫式描述。在20～40℃吸附溫度下,氯化鎂/活性炭復(fù)合材料對(duì)弱酸性紅2R的飽和吸附量為35.84～714.57mg.g-1;在20～40℃吸附溫度下,氫氧化鎂/活性炭復(fù)合材料對(duì)弱酸

5、性紅2R、普拉紅B、弱酸性艷藍(lán)RAWL、亞甲基藍(lán)、分散深藍(lán)S-3BG的飽和吸附量分別為178.57～125g.g-1,32.57～31.55mg.g-1,37.88～34.82mg.g-1,166.67～212.72mg.g-1和120.48～192.31mg.g-1;在20～40℃吸附溫度下,氧化鎂/活性炭復(fù)合材料對(duì)普拉紅B和弱酸性艷藍(lán)RAWL的飽和吸附量分別為63.69～59.17mg.g-1和105.26～70.42mg.g-1。

6、熱力學(xué)研究表明,氧化鎂基活性炭復(fù)合材料對(duì)染料的吸附過(guò)程均可自發(fā)進(jìn)行。動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明,弱酸性紅2R和普拉紅B溶液初始濃度增大,傳質(zhì)推動(dòng)力增大,吸附量增大;隨著柱高的增加,飽和吸附時(shí)間增加,飽和吸附百分率隨著柱高的增加而增大;流速增大,穿透時(shí)間縮短,但改性復(fù)合吸附劑的飽和吸附量降低;改性復(fù)合吸附劑適用pH值范圍很廣,但在酸性條件下吸附性能最佳;吸附柱可以再生和重復(fù)利用,具有重要的實(shí)用應(yīng)用價(jià)值。
　　 研究了氧化鎂基活性炭復(fù)合材料對(duì)

7、水溶液中重金屬離子的吸附性能,考察了吸附時(shí)間、吸附溫度、溶液初始pH值、吸附劑用量和初始濃度對(duì)吸附性能的影響。結(jié)果表明:該類復(fù)合材料對(duì)這幾種重金屬離子的吸附均為快速的吸附過(guò)程,吸附均遵循偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。Cu2+在氧化鎂/活性炭復(fù)合材料上的吸附和Ni2+在氫氧化鎂/活性炭復(fù)合材料上的吸附均可用Langmuir線性吸附等溫方程式很好的描述,而Cr(Ⅵ)在氧化鎂/活性炭復(fù)合材料上的吸附則用Freundlich線性吸附等溫方程式描述更為合適。

8、在20～50℃吸附溫度下,Cu2+和Cr(Ⅵ)在CACI(以氯化鎂和造紙草漿黑液為主要原料制備)上的飽和吸附量分別為22.12～91.74mg.g-1和27.03～384.62mg.g-1;在25～45℃吸附溫度下,Cu2+和Cr(Ⅵ)在DMC(以氯化鎂和商品活性炭為主要原料制備)上的飽和吸附量分別為63.58～85.26mg.g-1和32.14～53.26mg.g-1;在20～50℃吸附溫度下,Ni2+在氫氧化鎂/活性炭復(fù)合材料上的飽

9、和吸附量為27.86～34.36mg.g-1。熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明,該類復(fù)合材料對(duì)這幾種重金屬離子的吸附過(guò)程是一個(gè)自發(fā)的吸熱反應(yīng)。
　　 氧化鎂/活性炭復(fù)合材料吸附脫除FCC汽油中硫化物的實(shí)驗(yàn)表明,以硫酸鎂和造紙草漿黑液為原料制得的氧化鎂/活性炭復(fù)合材料(CAS)對(duì)FCC汽油脫硫的適宜條件為:固定床溫度80℃,油劑比1.0,空速5h-1;以氯化鎂和商品活性炭為原料制得的氧化鎂/活性炭復(fù)合材料(DMC)對(duì)FCC汽油脫硫的適宜條件為:固定

10、床溫度90℃,油劑比1.0,空速5h-1。在相同的動(dòng)態(tài)吸附條件下,氧化鎂/活性炭復(fù)合材料比商品活性炭和氧化鎂具有更大的硫容和更高的脫硫性能,復(fù)合材料CAS的初始脫硫能力高于DMC,而DMC的硫容明顯大于CAS。在兩種復(fù)合材料分別脫硫后的FCC汽油中,硫化物的含量和種類均明顯減少,尤其是苯并噻吩基本完全脫除。氧化鎂/活性炭復(fù)合材料在300℃下用氮?dú)獯祾?h再生,再生后仍具有較高的脫硫能力:脫硫率達(dá)88.56％,穿透時(shí)間為110min。