硫酸盐木质素基活性炭的制备及吸附行为研究

摘要

近年来，以印染废水为代表的水体污染物在造成大量水资源污染的同时，对人类的生活和健康产生重大影响。以活性炭为代表的高效吸附剂对于有机染料等持久性有机物污染物表现出优异的吸附活性而被广泛的应用于印染废水的净化处理等领域。但是传统的燥基活性炭由于其成本过高、成型困难、不易回收等问题而使其应用受限。
　　为了更好的解决这一问题，本论文通过结构分析和纯化处理，筛选出性能和纯度较高的硫酸盐木质素作为活性炭的碳基原材料;并通过溶液混合和浸渍沉淀相转化成膜技术制得硫酸盐木质素/醋酸纤维素复合膜(KL/CA-M);然后再经磷酸活化和高温碳化处理得到吸附性能优异的木质素基活性炭。利用红外光谱(FT-IR)，核磁共振氢谱(1H-NMR)、热重分析仪(TG-DTG)、凝胶色谱仪(GPC)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和比表面积分析仪(BET)等测试方法对复合膜及活性炭材料的结构和性能进行表征和分析，结果表明，本研究成功的制得了木质素基活性炭。通过考察不同工艺参数对木质素基活性炭的结构和吸附性能的影响，得出制备木质素基的最佳工艺条件:木质素含量为50wt％的复合膜为初始基膜，最佳碳化活化温度为800℃，活化时间为60min;磷料比为1，该条件下所得木质素基活性炭的比表面积达1375.649m2/g，微孔体积为0.714m3/g，对亚甲基蓝的吸附量达到157.24mg/g。
　　为了研究木质素基活性炭的吸附作用机理，并从微观角度探究木质素基活性炭对亚甲基蓝的吸刚性能，本研究采用Langmuir模型、Koble-Corrigan模型、Freundlich模型、Temkin模型和Redlich-Peterson模型等五种热力学等温吸附模型对活性炭的吸附过程进行拟合分析，结果表明:木质素基活性炭对亚甲基蓝的吸附属于放热过程，低温有利于吸附效率的提高;并且吸刚过程包含单层和多层吸附共同作用。同时，本研究还采用准一级动力学模型、准二级动力学模型、Elovich模型和颗粒内扩散模型等对吸附过程进行动力学分析，结果表明:木质素基活性炭对亚甲基蓝的吸附过程包括物理吸附和化学吸附共同作用，呈现出典型的准二级动力学行为;并且吸附过程受多个扩散过程控制。通过本论文的研究，在为木质素基活性炭的制备及应用提供了工艺研究的同时，也为木质素的应用和吸附机理的探索提供了理论支持和模型依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 活性炭研究简介

1．2 活性炭的种类

1．2．1 煤基活性炭

1．2．2 果壳活性炭

1．2．3 合成活性炭

1．2．4 木质素基活性炭

1．3 木质素简介

1．3．1 木质素的结构

1．3．2 木质素的性质

1．3．3 木质素的种类

1．3．4 木质素的应用

1．4 木质素基活性炭研究概述

1．4．1 木质素基活性炭的制备方法

1．4．2 木质素基活性炭活化机理

1．4．3 木质素基活性炭的应用

1．5 本文的研究意义与研究内容

第二章 硫酸盐木质素的提纯和性能研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．1．3 硫酸盐木质素的提纯

2．1．4 红外光谱

2．1．5 核磁共振氢谱

2．1．6 热重分析

2．1．7 凝胶色谱

2．2 结果与讨论

2．2．1 红外光谱

2．2．2 核磁

2．2．3 热分析

2．2．4 凝胶色谱

2．3 本章小结

第三章 木质素基活性炭的制备

3．1 实验部分

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验试剂

3．1．3 实验仪器

3．1．5 碳化活化

3．2 测试与表征

3．2．1 木质索基活性炭产率测定

3．2．2 木质素基活性炭灰分分析

3．2．4 热分析

3．2．5 扫描电子显微镜

3．2．6 比表面积分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 木质素基活性炭产率测定

3．3．2 木质素基活性炭灰分分析

3．3．3 红外光谱分析

3．3．4 热分析

3．3．5 扫描电镜分析

3．3．6 木质素基活性炭的制备条件分析

3．3．7 N2吸附-脱附等温线分析

3．4 本章小结

第四章 木质素基活性炭的吸附性能研究

4．1 实验部分

4．1．2 亚甲基蓝溶液标准曲线的绘制

4．2 吸附模型

4．2．1 吸附热力学模型

4．2．2 吸附动力学模型

4．3 结果与讨论

4．3．1 时间对吸附的影响

4．3．2 温度对吸附的影响

4．3．3 初始浓度对吸附的影响

4．3．4 活性炭吸附亚甲基蓝的等温线研究

4．3．5 木质素基活性炭对亚甲基蓝吸附的动力学研究

4．3．6 木质素基活性炭对亚甲基蓝的吸附模型示意图

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢