基于廢棄桑枝的活性炭材制備及其對(duì)重金屬的吸附性能研究.pdf

1、我國(guó)桑樹種植面積十分廣闊,每年可產(chǎn)生大量的桑枝。通常,桑枝被丟棄或焚燒,致使大部分的桑枝不能得到充分利用。本研究以廢棄桑枝為原料,磷酸氫二銨為活化劑,制備環(huán)境材料活性炭,以期達(dá)到廢棄桑枝的資源化利用之目的。
　　論文考察了炭化溫度、炭化時(shí)間、浸漬比、活化溫度和活化時(shí)間等因素對(duì)制備的桑枝基活性炭的吸附性能的影響,通過正交試驗(yàn)確定了最優(yōu)化制備工藝條件。借助N2吸附-脫附等溫線、BET方程、BJH方程、HK方程、SEM、XRD、FTIR

2、及Boehm滴定等現(xiàn)代分析方法對(duì)活性炭的物理化學(xué)特性進(jìn)行了表征。研究了桑枝基活性炭對(duì)重金屬Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附性能。主要結(jié)果如下:
　　炭化溫度、炭化時(shí)間、浸漬比、活化溫度和活化時(shí)間等因素對(duì)桑枝基活性炭的制備均有一定的影響。桑枝基活性炭制備的最優(yōu)化工藝條件為:炭化溫度400℃,炭化時(shí)間90 min,浸漬比為2:1,活化溫度800℃,活化時(shí)間120 min。在最優(yōu)化條件下制得的活性炭的亞甲

3、基藍(lán)吸附值為314.1 mg/g,碘吸附值為847.21 mg/g,產(chǎn)率為26.56％。
　　活性炭的BET比表面積SBET為1062.44 m2/g,Langmuir比表面積為1603.44 m2/g,吸附平均孔徑為2.14 nm,中孔BJH吸附累積比表面積為512.89 m2/g,BJH脫附累積比表面積為395.36 m2/g,單點(diǎn)吸附總孔容為0.5678 cm3/g,BJH吸附累積孔容為0.2897 cm3/g,BJH脫附累

4、積孔容為0.2415 cm3/g,BJH吸附平均孔徑為2.260 nm,BJH脫附平均孔徑為2.444 nm,微孔孔容為0.3441 cm3/g,孔徑為0.7892 nm。制備得到的桑枝基活性炭存在豐富的毛細(xì)管狀和蜂窩狀的微孔結(jié)構(gòu),其石墨層結(jié)構(gòu)趨于亂層化,表面含有羥基、羰基等官能團(tuán),且以羧基、內(nèi)酯基和酚羥基的形式存在,其含量分別為0.21 mmol/g、0.27 mmol/g、0.06 mmol/g。
　　吸附時(shí)間、重金屬溶液pH

5、值、溫度、活性炭投加量和溶液初始濃度對(duì)吸附性能均有一定的影響,其中pH值是最主要的影響因素。Langmuir、Freundlich和Temkin模型均可描述重金屬在活性炭上的等溫吸附行為。Langmuir模型適宜描述Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附行為,Freundlich模型可較好的描述Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的等溫吸附規(guī)律, Temkin模型適于描述Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附過程。

6、　　桑枝基活性炭對(duì)重金屬Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附過程是自發(fā)進(jìn)行的(ΔG<0),吸附熵是增加的(ΔS>0)。在303K到318K的范圍內(nèi)升高溫度有利于活性炭對(duì)Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附,是吸熱反應(yīng)(ΔH>0)。而對(duì)Zn(Ⅱ)的吸附是放熱反應(yīng)(ΔH<0),升高溫度不利于其吸附。
　　準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程可用于描述桑枝基活性炭對(duì)重金屬的吸附動(dòng)力學(xué)過程,且由準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算