稻草秸稈基活性炭的制備與應用.pdf

1、本論文以農(nóng)業(yè)廢棄物——稻草秸稈為原材料制備活性炭,研究稻草秸稈基活性炭的制備工藝及其表面物理化學性質(zhì)的表征,并將該活性炭應用于模擬廢水處理而檢驗其吸附性能。研究稻草秸稈基活性炭的制備工藝過程中,我們首先確定活化稻草的活化劑,從五種活化劑(KOH、H3PO4、ZnCl2、K2CO3、(NH4)2HPO4)中選擇出(NH4)2HPO4。實驗表明(NH4)2HPO4活化制備的活性炭具有較大的碘吸附值和最高的得率,產(chǎn)品能維持活化前的性狀,所以認

2、為(NH4)2HPO4適于活化稻草秸稈。利用熱失重分析,推測(NH4)2HPO4活化稻草的反應為:4C+2(NH4)2HPO4→4CO2↑+3H2↑+4NH3↑+2P然后采用三種不同的預處理方法處理稻草秸稈,即樣品先在空氣中氧化再浸漬活化劑稱為RN-1;樣品只浸漬活化劑無氧化過程的稱為RN-2;樣品先浸漬活化劑后再氧化的稱為RN-3。最后將預處理后的樣品在500℃、600℃、700℃和800℃下分別活化制得稻草秸稈基活性炭。對產(chǎn)品的表征

3、發(fā)現(xiàn):先浸泡后預氧化處理后且在700℃下活化的樣品既有最大的比表面積和孔體積。對在700℃下的樣品RN-1、RN-2和RN-3進行表面物理化學性質(zhì)的表征,研究預處理條件對于活性炭表面性質(zhì)的影響。應用XRD對其石墨晶體結(jié)構(gòu)進行表征;應用元素分析研究其碳化程度;應用N2吸附-脫附等溫曲線、掃描電鏡對其表面物理性質(zhì)進行表征;應用FTIR、Boehm滴定法和等電點測定對其表面化學性質(zhì)進行表征。結(jié)果表明,預氧化處理會改變材料的比表面積和產(chǎn)品表面的

4、含氧基團含量。其中,先浸漬后預氧化的RN-3樣品的比表面積(1078 m2/g)與孔體積最大,先預氧化后浸漬的RN-1(358.5 m2/g)的比表面積和孔體積最小,相對于未經(jīng)預氧化處理的RN-2(603.8 m2/g),應該是預氧化阻礙了活化劑與稻草的反應。電鏡照片在活性炭的表面沒有發(fā)現(xiàn)大孔的存在,但顯示了預氧化處理會使稻草秸稈的表面發(fā)育出一定的孔結(jié)構(gòu)。樣品表面含氧基團的存在通過FTIR得以驗證,隨后我們用Boehm滴定具體測定了含氧

5、化學基團的含量(包括酸性基團和堿性基團)。等電點的測定實驗證明,隨著氧化程度加深,樣品酸性基團的含量增加,RN-3具有最大含量的酸性基團,RN-1略高于RN-2。Boehm滴定于此結(jié)論相同,滴定結(jié)果也表明酸性基團多的樣品堿性基團相應的小,堿性基團大小順序為RN-2>RN-1>RN-3。選用700℃下制備的活性炭樣品RN-1、RN-2、RN-3應用于模擬廢水中氨氮、苯酚和亞甲基藍的吸附,其中氨氮的吸附量非常小,說明活性炭在液相中的吸附種類

6、主要為物理吸附,而氨氮分子在水中呈離子狀態(tài),因此吸附量小。吸附動力學研究顯示,活性炭吸附苯酚和亞甲基藍符合擬二級動力學方程。先浸泡后預氧化處理的RN-3具有最大的苯酚吸附量(187.7 mg/g);先預氧化后浸漬的RN-1和RN-3具有相近的最大的亞甲基藍吸附量(分別為161 mg/g和166mg/g);而兩者的苯酚吸附量差別較大(RN-1為157 mg/g,RN-3為187 mg/g)。吸附平衡實驗結(jié)果表明,對苯酚的吸附都符合Lang