廢舊棉織物制備活性炭纖維及其吸附性能的研究.pdf

1、本文以廢舊棉織物為原料，在硫酸水熱條件下，研究棉纖維的形貌和結(jié)構(gòu)變化過程。然后，結(jié)合活化工藝，通過硫酸預(yù)處理后高溫活化制備活性炭纖維。并對自制的活性炭纖維優(yōu)化改性，研究其對分散染料模擬廢水的吸附性能及吸附動力學(xué)。
　　在較低溫、硫酸水熱密閉環(huán)境中，棉纖維的化學(xué)和晶體結(jié)構(gòu)被破壞，使之碳化，產(chǎn)物主要以無定型碳的形態(tài)存在，微觀形貌主要為球形，反應(yīng)條件為溫度160℃，時間8h，棉纖維添加量0.16g/100mL時，產(chǎn)物粒徑均勻分布在2-3

2、μm左右，伴有少量納米級的球形顆粒，且其表面有羥基、羰基等豐富的官能團。
　　通過硫酸預(yù)處理后高溫活化制備出活性炭纖維，采用設(shè)計正交實驗優(yōu)化工藝過程，以碘吸附值為標準，確定最佳工藝條件為硫酸質(zhì)量分數(shù)60％，碳化溫度700℃，浸漬時間5h，碳化時間60min。碘吸附值為1034.6mg/g，吸附性能良好。
　　通過元素分析、SEM圖、XRD圖譜、FT-IR圖譜、熱重分析、N2吸附脫附等溫線可知，經(jīng)硫酸預(yù)處理的棉纖維的熱解過程大

3、致分為脫水干燥、過渡、炭化、煅燒四個階段，制得的活性炭材料以無定型碳的形態(tài)存在，基本保持纖維形態(tài)，保留中腔結(jié)構(gòu)，表面有豐富、密集的微孔結(jié)構(gòu)，SBET為1552.58m2.g-1，總孔體積Vt為0.5812cm3.g-1，平均孔徑為0.9821nm，0.7nm以下的極微孔占了絕大部分，其累積孔容占微孔總?cè)莘e的70％以上，其表面含有羥基、酚、羰基等豐富的官能團。
　　通過硝酸改性自制的活性炭纖維，采用設(shè)計正交實驗優(yōu)化工藝過程，以脫色率

4、以為標準，確定最佳工藝條件為硝酸質(zhì)量分數(shù)為55%，溫度為40℃，時間為5h。
　　通過SEM圖、XRD圖譜、FT-IR分析、Boehm滴定法、BET、H-K計算結(jié)果可知，改性前、后活性炭纖維均保持纖維形態(tài)，表面有豐富、密集的微孔結(jié)構(gòu)，改性后活性炭纖維的表面更為粗糙，溝壑明顯，同時孔隙結(jié)構(gòu)的尺寸增大，改性后活性炭纖維的比表面積減小了93.95m2.g-1，孔容的增加了0.1201cm3.g-1，平均孔徑也增加了0.4256nm，在0

5、.6nm的峰值明顯減弱，0.7nm-1.9nm之間的微孔整體增多。同時，活性炭纖維載體產(chǎn)生了部分石墨化，由于其層狀結(jié)構(gòu)，活性炭纖維載體的穩(wěn)定性提高，表面官能團如羧基、內(nèi)酯基、酚羥基的含量均增加，其中羧基含量增加幅度最大。
　　對模擬的分散紅玉染料廢水在投炭量為2g/L、染料廢水初始濃度在100mg/L、吸附溫度40℃、吸附時間60min的條件下進行吸附實驗。改性前、后的自制活性炭纖維對模擬分散紅玉染料廢水的吸附大致可以分為吸附初期

6、（0-15min）、吸附中期（15min-90min）、吸附末期（90min-120min）三個階段，60min內(nèi)基本完成吸附。改性前的自制活性炭纖維平衡吸附量為339mg/g，改性后為459mg/g，比改性前提高了120mg/g，偽二級動力學(xué)模型能很好地反應(yīng)自制的活性炭纖維對分散紅玉染料的吸附機理，該吸附過程包含化學(xué)吸附和物理吸附，并且，化學(xué)吸附占主要地位，吸附過程受外部液膜擴散、表面吸附、顆粒內(nèi)擴散等一系列因素的影響。
　　研