木棉基活性炭纖維研究.pdf

1、本文以木棉纖維為原材料制備活性炭纖維，研究木棉基活性炭纖維的制備、其表面物理化學性質的表征以及該活性炭纖維應用于吸附模擬廢水。 在制備木棉基活性炭纖維時，研究了木棉基活性炭纖維的制備工藝。我們嘗試用四種活化劑(HaPO4、ZnCl2、K2CO3、(NH4)2HPO4)活化木棉纖維。實驗表明(NH4)2HPO4活化的木棉纖維具有較大的碘吸附值，纖維收率高于K2CO3活化的纖維，產品能維持纖維原狀，所以適合活化木棉纖維。利用熱失重分

2、析，推測(NH4)2HPO4活化木棉纖維的反應可用下式表示： 6C+2(NH4)2HPO4→4CO↑+2CO2↑+3H2↑+4NH3↑+2P 同時重點研究采用三種預處理方法(含兩種預氧化法)活化木棉纖維，制得了在450℃、550℃、650℃、750℃四個活化溫度的12個樣品。實驗證明制備木棉基活性炭纖維的最佳工藝條件是活化溫度650℃，采用先浸漬后預氧化的預處理方法。 對在650℃下利用(NH4)2HPO4活化得

3、到的三種不同預處理條件下的木棉基活性炭纖維(AK—1、AK-2和AK—3)進行表面物理化學性質的表征，研究預氧化條件對于活性炭纖維表面性質的修飾。應用N2吸附—脫附等溫曲線、掃描電鏡(SEM)對其表面物理性質進行表征；應用傅立葉紅外光譜(FTIR)、Boehm滴定法和等電點測定對其表面化學性質進行表征。結果表明，無論是否進行預氧化，該活性炭纖維的平均孔徑均約為2nm；預氧化處理會改變材料的比表面積和纖維表面的含氧基團含量。其中，先浸漬后

4、預氧化的AK-2的比表面積(1518m2·g—1)與孔體積最大，先預氧化后浸漬的AK—3的比表面積和孔體積稍小于AK—1(未經預氧化處理)。電鏡照片在活性炭纖維表面沒有發(fā)現(xiàn)大孔的存在。FTIR證實了三種活性炭纖維表面各種含氧化學基團的存在。Boehm滴定具體測定了含氧化學基團的含量(包括酸性基團和堿性基團)。實驗證明，隨著氧化程度加深，酸性基團的含量增加，堿性基團的含量降低。AK-2具有最大含量的酸性含氧基團，AK—3的稍高于AK—1。

5、等電點的測定再次證實了這個結論。 選用上述經過性質表征的活性炭纖維(AK—1、AK-2和AK—3)應用于水中苯酚和亞甲基藍的吸附。吸附動力學研究顯示，活性炭纖維吸附苯酚和亞甲基藍符合擬二級動力學方程。AK—1具有最大的苯酚吸附量(65.8mg·g—1)； AK—3具有最大的亞甲基藍吸附量(156.7 mg·g—1)；而AK-2具有最大的比表面積(1518m2·g—1)和最多的表面含氧基團，其對苯酚和亞甲基藍的吸附量均不高，說明表

6、面含氧基團會降低材料對苯酚和亞甲基藍的吸附量。吸附平衡實驗結果表明，除了AK—1吸附亞甲基藍的過程更符合Langmuir模型外，其余都符合Freundlich模型的描述。在苯酚和亞甲基藍的吸附中，孔結構和表面含氧基團含量對于吸附兩種溶質產生的相對作用大小基本相同。三個樣品吸附苯酚和亞甲基藍主要是物理吸附，反應自發(fā)進行，而且吸附初期主要是液膜擴散控制吸附速率，后期是顆粒內擴散控制速率。但根據(jù)Elovich方程的擬合和Gibbs自由能變的計