活性炭改性及对乙烯吸附的研究

摘要

本论文以椰壳活性炭为原料,首次系统地研究了稀土金属、稀土复合改性活性炭的制备工艺及其在吸附乙烯中的应用.采用SEM-EDS、FT-IR、XPS等手段对改性活性炭的结构、表面化学成分等进行分析,并初步探讨了改性活性炭吸附乙烯的机理.得出以下结论: (1)采用稀土金属改性活性炭时,活性炭粒度、焙烧时间和焙烧温度对改性活性炭乙烯吸附性能的影响较大,而浸渍时间的影响较小.在改性剂15％双氧水-1％硝酸钇,活性炭粒度22-40目,浸渍时间4 h,焙烧温度300℃、焙烧时间3 h的条件下制得改性活炭对乙烯的吸附性能较好,吸附量为0.173 g/g,比未改性的活性炭提高了150.72％. (2)稀土复合改性是提高活性炭乙烯吸附性能的有效手段,其中,铜-钇复合改性活性炭(改性剂15％双氧水-2％硝酸铜-1％硝酸钇,焙烧温度300℃、焙烧时间1 h)对乙烯的吸附效果最好,吸附量为0.213 g/g,比未改性的活性炭提高了208.70％. (3)活性炭经铜-钇复合改性后,比表面积增加,总孔容积变大,有利于提高物理吸附量,SEM-EDS分析发现,钇不受活性炭表面非均匀性的影响,均匀分布在活性炭的表面,同时活性炭表面氧含量增加,C2、C4、C5的含量均显著增加,有利于提高化学吸附量. (4)乙烯在铜．钇复合改性活性炭上的传质阻力较小,传质速率较快,吸附等温线属于Ⅰ型等温线.H2O2-Cu(NO3)2-Y(NO3)3-改性活性炭对乙烯的吸附,除发生物理吸附外,还伴随一定的化学吸附,化学吸附主要是以铜、钇为络合中心与乙烯发生的吸附.

目录

文摘

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致谢

1文献综述

1.1活性炭概述

1.1.1活性炭的分类

1.1.2活性炭表面物理结构特性

1.1.3活性炭表面化学结构特性

1.1.4活性炭制备方法

1.1.5活性炭的应用

1.2活性炭表面化学改性研究的现状

1.2.1氧化改性

1.2.2还原改性

1.2.3负载金属改性

1.2.4电化学改性

1.3活性炭吸附乙烯的研究

1.3.1乙烯的性质

1.3.2乙烯与果蔬保鲜的关系

1.3.3环境中乙烯的去除方法

1.3.4活性炭吸附乙烯的理论基础

1.3.5活性炭吸附乙烯的研究进展

1.4活性炭吸附理论及其发展

1.4.1 Langmuir模型和BET模型

1.4.2 Freundlich吸附等温线

1.4.3 Dubinin理论

1.4.4吸附动力学理论

1.5本论文的研究内容及方法

2过渡金属改性活性炭及其对乙烯的吸附

2.1原料及试剂

2.2仪器及设备

2.3实验方法

2.3.1改性试剂的选择

2.3.2改性条件的确定

2.3.3改性活性炭对乙烯的吸附

2.4结果与讨论

2.4.1改性试剂对乙烯吸附量的影响

2.4.2活性炭粒度对乙烯吸附量的影响

2.4.3浸渍时间对乙烯吸附量的影响

2.4.4焙烧时间对乙烯吸附量的影响

2.4.5焙烧温度对乙烯吸附量的影响

2.5小结

3稀土金属改性活性炭及其对乙烯的吸附

3.1原料及试剂

3.2仪器及设备

3.3实验方法

3.3.1改性试剂的选择

3.3.2改性条件的确定

3.3.3改性活性炭对乙烯的吸附

3.4结果与讨论

3.4.1改性试剂对乙烯吸附量的影响

3.4.2活性炭粒度对乙烯吸附量的影响

3.4.3浸渍时间对乙烯吸附量的影响

3.4.4焙烧时间对乙烯吸附量的影响

3.4.5焙烧温度对乙烯吸附量的影响

3.5 小结

4稀土复合改性活性炭及其对乙烯的吸附

4.1原料及试剂

4.2仪器及设备

4.3实验方法

4.3.1活性炭改性方法

4.3.2改性活性炭对乙烯的吸附

4.4结果与讨论

4.4.1改性试剂对乙烯吸附量的影响

4.4.2焙烧时间对乙烯吸附量的影响

4.4.3焙烧温度对乙烯吸附量的影响

4.5小结

5改性活性炭乙烯吸附行为的研究

5.1乙烯穿透曲线的测定

5.2乙烯吸附等温线的测定及拟合

5.3吸附机理的初步探讨

5.4小结

6改性活性炭的表征

6.1前言

6.1.1 SEM-EDS

6.1.2比表面积和孔径分布

6.1.3傅立叶变换红外变换光谱(FT-IR)

6.1.4 Boehm滴定法

6.1.5 X射线光电子能谱(XPS)

6.2实验方法

6.2.1 SEM-EDS

6.2.2比表面积和孔径分布

6.2.3傅立叶变换红外光谱(FT-IR)

6.2.4 Boehm滴定法

6.2.5 X射线光电子能谱(XPS)

6.3结果与讨论

6.3.1改性活性炭的SEM-EDS分析

6.3.2比表面积和孔径分布

6.3.3傅立叶变换红外法表征

6.3.4 Boehm滴定法表征

6.3.5 X射线光电子能谱(XPS)

6.4小结

7结论

参考文献

攻读学位期间的主要成果