改性油茶壳活性炭吸附水中甲醛及氨氮的研究

摘要

本文首先介绍了甲醛废水及氨氮废水的危害以及常见的处理方法，针对这两类污染物选用农业废弃物油茶壳作为原材料，将其洗净烘干，采用碳酸钾溶液和磷酸溶液浸渍油茶壳，分别在氮气流中活化制备成碳酸钾改性油茶壳活性炭和磷酸改性油茶壳活性炭，以红外光谱、扫描电子显微镜、比表面积 BET 法三种现代技术对材料进行了表面结构表征。以这两种生物质活性炭吸附水中甲醛及氨氮。通过静态吸附实验探讨活化剂浓度、活化温度、水样初始浓度、水样初始pH值、吸附时间等因素对吸附效果的影响。通过吸附热力学和动力学对吸附机理进行探讨。 表征结果显示 (1)红外光谱显示经碳酸钾改性油茶壳活性炭，在吸附过程中主要存在O-H、N-H、C-O-C、C=O、C-O 等官能团。磷酸改性油茶壳活性炭，在吸附过程中主要存在 O-H、N-H、C-O-C、C-O等官能团。 (2)比表面积及孔径分析显示碳酸钾改性油茶壳活性炭比表面积为430.49m2/g，孔容为0.241cm3/g,平均孔径为2.24nm，微孔率89.53%，介孔率10.47%，属于微-介孔材料。磷酸改性油茶壳活性炭比表面积为1636.92m2/g，孔容为1.015cm3/g,平均孔径为2.48nm，微孔率16.49%，介孔率83.51%，属于微-介孔材料。 (3)电子显微镜扫描显示碳酸钾改性油茶壳活性炭表面疏松多孔，孔隙发达。磷酸改性油茶壳活性炭表面疏松多孔，孔隙发达。 吸附实验表明 (1)在实验所预设的活化温度及活化剂浓度范围内，活化温度750℃，碳酸钾浓度250g/L条件下制备的油茶壳活性炭对甲醛的吸附效果最佳。吸附过程在210min时达到平衡，符合准二级动力学模型。吸附过程符合 Langmuir等温吸附模型，对甲醛的实际最大吸附量可达到3.79mg/g。在最适的实验条件下，0.1g的碳酸钾改性油茶壳活性炭对100mL初始质量浓度为 4mg/L的甲醛去除率可以达到 90.5%，吸附效果良好。此外，活化温度 750℃，碳酸钾浓度 250g/L 条件下制备的油茶壳活性炭对氨氮的吸附效果最佳。吸附过程在420 min左右达到平衡，符合准二级动力学模型。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型，对氨氮的最大吸附量可达到10.83 mg/g。在最适的实验条件下，0.1 g的碳酸钾改性油茶壳活性炭对100mL初始质量浓度为20 mg/L的氨氮去除率可以达到50.3%，吸附效果良好。 碳酸钾改性油茶壳活性炭吸附甲醛达到平衡时间比吸附氨氮要短，对氨氮的最大吸附量10.83mg/g大于对甲醛的最大吸附量3.79mg/g。 (2)在实验所预设的活化温度及活化剂浓度范围内，活化温度550℃，磷酸质量浓度40%时制备的油茶壳活性炭吸附甲醛的效果最佳，吸附过程在180min左右时达到平衡，符合准二级动力学模型，吸附过程符合 Langmuir等温吸附模型，对甲醛的实际最大吸附量可达到 4.78mg/g。在最适的实验条件下，0.1g的磷酸改性油茶壳活性炭对100mL初始质量浓度为 5mg/L的甲醛去除率可以达到 92.1%，吸附效果良好。此外，活化温度 550℃，磷酸质量浓度 50%时制备的油茶壳活性炭吸附水中氨氮的效果最佳。吸附过程在360min左右时达到平衡，符合准二级动力学模型。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型，对氨氮的实际最大吸附量可达到12.51mg/g。0.1g的磷酸改性油茶壳活性炭对100mL初始质量浓度为20mg/L的氨氮去除率可以达到61%，吸附效果良好。 制备磷酸改性油茶壳活性炭对甲醛和氨氮进行吸附最佳条件中活化剂浓度不同，吸附甲醛达到平衡时间比吸附氨氮要短，对氨氮的最大吸附量12.51mg/g大于对甲醛的最大吸附量4.78mg/g。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 甲醛废水处理现状

1.3 氨氮废水处理现状

1.4油茶壳概况

1.5 油茶壳活性炭的制备工艺

1.5.1 油茶壳活性炭的活化方法

1.5.2 油茶壳活性炭的改性方法

1.6 油茶壳活性炭的应用

1.6.1 对金属离子的吸附

1.6.2 对染料的去除

1.6.3 其他方面的应用

1.7 结论

第二章 课题来源及研究内容

2.1 课题来源

2.2 课题主要研究内容

2.2.1 碳酸钾改性油茶壳活性炭吸附水中甲醛及氨氮

2.2.2磷酸改性油茶壳活性炭吸附水中甲醛及氨氮

2.3技术路线

2.4 实验方案

2.4.1材料与仪器

2.4.2改性油茶壳活性炭的制备方法

2.4.3测定方法

2.4.4吸附实验

2.4.5 表征实验

2.4.6吸附动力学实验

2.4.7吸附热力学实验

第三章 碳酸钾改性油茶壳活性炭吸附水中甲醛及氨氮

3.1 前言

3.2实验部分

3.2.1材料与仪器

3.2.2生物质炭的制备

3.2.3表征实验

3.2.4甲醛溶液质量浓度标准曲线的绘制

3.2.5氨氮溶液质量浓度标准曲线的绘制

3.2.6甲醛吸附实验

3.2.7氨氮吸附实验

3.3 表征结果分析

3.4 吸附甲醛结果与讨论

3.4.1甲醛初始质量浓度对吸附效果的影响

3.4.2 活化剂浓度对吸附效果的影响

3.4.3活化温度对吸附效果的影响

3.4.4吸附时间对吸附效果的影响

3.4.5吸附等温线

3.4.6吸附动力学

3.4.7结论

3.5 吸附氨氮结果与讨论

3.5.1氨氮初始质量浓度对吸附效果的影响

3.5.2 活化剂浓度对吸附效果的影响

3.5.3 活化温度对吸附效果的影响

3.5.4吸附时间对吸附效果的影响

3.5.5 吸附等温线

3.5.6 吸附动力学

3.5.7结论

第四章 磷酸改性油茶壳活性炭吸附水中的甲醛及氨氮

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1材料与仪器

4.2.2磷酸改性油茶壳活性炭的制备

4.2.3 表征实验

4.2.4甲醛溶液质量浓度标准曲线的绘制

4.2.5氨氮溶液质量浓度标准曲线的绘制

4.2.6甲醛吸附实验

4.2.7氨氮吸附实验

4.3表征结果分析

4.4吸附甲醛结果与讨论

4.4.1甲醛初始质量浓度对吸附效果的影响

4.4.2 活化剂浓度对吸附效果的影响

4.4.3活化温度对吸附效果的影响

4.4.4 pH对吸附效果的影响

4.4.5吸附时间对吸附效果的影响

4.4.6吸附等温线

4.4.7吸附动力学

4.4.8结论

4.5吸附氨氮结果与讨论

4.5.1氨氮初始质量浓度对吸附效果的影响

4.5.2 活化剂浓度对吸附效果的影响

4.5.3 活化温度对吸附效果的影响

4.5.4吸附时间对吸附效果的影响

4.5.5吸附等温线

4.5.6吸附动力学

4.5.7 结论

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

个人简介及在读发表文章

致谢