中孔活性炭的化学改性及其对Pb的吸附性能研究

摘要

中孔活性炭(MeAC)对重金属离子具有较好的吸附能力，其丰富的中孔孔道为液相传质提供了通道，有利于液相吸附的进行。为了进一步提高其吸附性能，采用氧化、磺化和钠化等方法对MeAC进行了表面化学改性，采用静态法研究了MeAC改性前后对重金属铅离子的吸附性能，并对改性MeAC进行了再生实验研究。 经氧化、磺化和钠化等处理制得各种改性MeAC，通过Boehm滴定、氮气吸附脱附、孔径分布、红外光谱、拉曼光谱、TG-DTA和XRD等方法进行了表征分析。Boehm滴定结果表明，氧化MeAC(MeAC-O)和磺化MeAC(MeAC-O-磺)的表面酸性基团含量比MeAC分别增加了5倍和6倍。随着氧化、磺化、钠化等改性程度的加深，产物的比表面积、中孔率和平均孔径都减小。 MeAC及改性MeAC对铅离子的静态吸附结果表明，改性MeAC对铅离子的吸附性能均比MeAC的高。当C<,0>小于140mg·L<'-1>时，MeAC-O-Na和MeAC-O-磺-Na在5min内即可达到吸附平衡：它们的平衡吸附量分别为148.6mg·g<'-1>和218.8mg·g<'-1>，比MeAC分别增加了5倍和8倍；在C<,0>为70mg·L<'-1>情况下，它们在较宽的pH值范围(3-5.7)内保持着对铅离子较高的吸附性能，去除率接近100％。 MeAC对Pb<'2+>的吸附主要遵循离子交换机理，同时还有炭表面的物理吸附作用。吸附过程中化学吸附作用占主要地位，表面官能团的影响超过比表面积的影响。 酸碱两步再生法的再生效果远好于稀硝酸再生法；较高的酸浓度对再生有利；MeAC-O-Na和MeAC-O-磺-Na再生三次后，再生率仍分别达到80％和90％以上。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2 MeAC的结构与性能

1.2.1微观结构

1.2.2表面化学性质

1.2.3性能特性

1.3 MeAC的功能化

1.3.1形态的改变

1.3.2孔结构的控制

1.3.3化学改性

1.4活性炭的应用

1.4.1废水处理

1.4.2溶剂回收

1.4.3回收贵金属

1.4.4其他应用

1.5重金属废水的来源及危害

1.5.1重金属废水的主要来源

1.5.2重金属废水的危害

1.6重金属废水的处理方法

1.6.1化学法

1.6.2物理化学法

1.7主要研究内容和采取的研究方法

2 MeAC的改性及结构表征

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1预处理

2.2.2 MeAC的改性

2.2.3 Boehm法测定表面酸性基团含量

2.2.4氮吸附脱附等温线测定

2.2.5红外吸收光谱测定

2.2.6拉曼光谱分析

2.2.7 TG-DTA分析

2.2.8 XRD分析

2.3结果与讨论

2.3.1 Boehm滴定讨论

2.3.2 MeAC的孔隙结构讨论

2.3.3红外吸收光谱讨论

2.3.4拉曼光谱分析

2.3.5 TG-DTA讨论

2.3.6 XRD讨论

2.4本章小结

3氧化改性MeAC对铅离子的吸附研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1时间对吸附的影响(吸附动力学)

3.2.2溶液初始浓度对吸附的影响(吸附等温线)

3.2.3 pH值对吸附的影响

3.2.4处理剂用量对吸附的影响

3.3结果与讨论

3.3.1时间对吸附的影响(吸附动力学)

3.3.2溶液初始浓度对吸附的影响(吸附等温线)

3.3.3 pH值对吸附的影响

3.3.4处理剂用量对吸附的影响

3.4本章小结

4磺化及钠化MeAC对铅离子的吸附研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1时间对吸附的影响(吸附动力学)

4.2.2溶液初始浓度对吸附的影响(吸附等温线)

4.2.3 pH值对吸附的影响

4.3结果与讨论

4.3.1时间对吸附的影响(吸附动力学)

4.3.2溶液初始浓度对吸附的影响(吸附等温线)

4.3.3 pH值对吸附的影响

4.4本章小结

5 MeAC表面结构对吸附的影响研究

5.1引言

5.1.1静电作用力机理

5.1.2离子交换机理

5.2 MeAC表面官能团对吸附的影响

5.3 MeAC孔结构对吸附的影响

5.4本章小结

6改性MeAC的再生研究

6.1引言

6.1.1热再生

6.1.2化学药品再生

6.1.3生物再生法

6.1.4电化学再生法

6.1.5超临界萃取再生

6.2实验部分

6.2.1解吸液浓度的选定

6.2.2稀硝酸再生法和酸碱两步再生法的选定

6.2.3再生样品的静态吸附

6.3结果与讨论

6.3.1解吸液浓度的选定

6.3.2稀硝酸再生法和酸碱两步再生法的选定

6.3.3再生样品的静态吸附

6.4本章小结

7结论

致谢

参考文献