微波-KOH法改性花生壳热解炭对阳离子染料和4-氯苯酚的吸附研究

摘要

本课题采用微波-KOH的方法制备了改性花生壳热解炭(AC),采用了元素分析、红外光谱分析、BET比表面积测定法、电镜扫描(SEM)、X-射线荧光光谱分析(XRF)、X-射线粉末衍射光谱分析(XRD)、Boehm滴定法等方法对改性前后的花生壳热解炭进行表征分析。结果发现改性后的花生壳热解炭比表面积增大,表面的羟基官能团和O-Si-O键增多。研究内容:探讨AC的最优活化条件。以AC做吸附剂,研究了在单一体系中对亚甲基蓝(MB)、中性红(NR)和4-氯苯酚的静态吸附行为。静态吸附实验以单位吸附量和去除率作为评价指标,考察了吸附剂用量、吸附时间、溶液pH值、共存盐离子种类和浓度、热力学和动力学等因素的影响。在静态吸附实验的条件下,研究了混合体系中亚甲基蓝(MB)和中性红(NR)的竞争吸附行为,以及吸附饱和后吸附剂的再生吸附实验。再生实验以再生率和吸附剂产率做为评价指标,测试吸附剂解吸再生后的吸附能力。在上述实验的基础上考察AC作为新型吸附材料的吸附能力和可行性。
　　 实验结果表明:
　　 (1)碱性条件下(pH>7),AC对MB的吸附效果较好,不同浓度的Na+和Ca2+对吸附行为几乎没有影响。Freundlich等温模型和Koble-Corrigan等温模型较为适合描述AC对MB的等温吸附行为。准二级动力学方程和双常数方程都能较好的描述AC对MB的吸附动力学行为。再生实验说明微波480和640 W(11 min)再生效果明显。热力学计算说明:AC对MB的吸附是一个吸热的、熵减的、自发的过程。
　　 (2)中性条件下(pH=7.5),AC对NR的吸附效果最好。溶液中Na+和Ca2+存在对吸附有一定的促进作用。Freundlich方程和Koble-Corrigan方程都能够描述NR在AC上的吸附相平衡。AC对NR的吸附动力学行为可用准二级动力学方程和双常数方程来描述。最佳再生方法是320 W(11 min)的微波处理。热力学计算说明:AC对NR的吸附是一个自发的、吸热的、熵增的过程。混合体系中MB和NR两种染料在吸附过程中存在竞争吸附,且竞争对NR的影响比较大。
　　 (3)酸性条件下(pH=2),AC对4-氯苯酚的吸附效果最好,溶液中Na+和Ca2+的存在对吸附行为几乎没有影响。Langmuir方程和Koble-Corrigan方程都可以描述AC对4-氯苯酚的等温吸附行为。准二级动力学方程能较好的描述AC对4-氯苯酚的吸附动力学行为。最佳再生方法是NaOH(0.1 mol·L-1,30℃)溶液解析。热力学计算说明:AC对4-氯苯酚的吸附是一个自发的、吸热的、熵增的过程。