高性能铜藻基活性炭的制备及其改性研究

摘要

活性炭是一种性能良好、应用广泛的吸附剂，其传统原料来源受到资源、能源和环境等问题的限制，研究的目光逐渐从陆地转向海洋。同时，为提高活性炭的价值，通过制备工艺优化、表面改性等手段，开发具有选择性吸附能力的高品质活性炭成为当前研究热点。
　　本研究以一种浙江优势大型海藻——铜藻为原料，在对其进行化学组成和热重分析的基础上，分别采用ZnCl2活化法和H3PO4活化法制备活性炭。以正交试验所得最佳工艺条件下制备的铜藻基活性炭为原料，进行HNO3表面改性，考察了HNO3浓度对铜藻基活性炭表面化学性质和吸附性能的影响。将改性前后的铜藻基活性炭应用于模拟废水中的Cr6+吸附。
　　结果表明:
　　(1)铜藻基活性炭性能可达木质净水用活性炭标准，是陆地传统活性炭原料的有效补充。
　　(2) ZnCl2活化法的最佳工艺条件为升温速率10℃·min-1、活化温度600℃、活化时间2h、浸渍比4，在保证得率超过30％的基础上，制备的活性炭比表面积2314.58 m2·g-1，碘吸附值835.3 mg·g-1，焦糖脱色率110.0％，性能明显优于其他大型海藻原料所制备活性炭。
　　(3)铜藻基活性炭经HNO3氧化改性处理之后，表面含氧官能团含量增加，增大其吸附性能，但HNO3浓度过高同样会破坏其表面结构，减小吸附性能。以Cr6+的饱和吸附容量作为指标进行衡定，活性炭最佳的改性条件为:30％质量分数的HNO3溶液，对Cr6+的饱和吸附容量达49.1 mg·g-1，比改性前活性炭提高了30％左右。
　　(4) HNO3改性前、后的活性炭对Cr6+的吸附等温线可用Langmuir型吸附等温式进行拟合，吸附速率可用Lagrange准二级动力学模型拟合。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 新型活性炭源—大型海藻的特点及发展现状

1．2．1 大型海藻的特点

1．2．2 大型海藻的应用和问题

1．2．3 铜藻及其应用前景

1．3 活性炭的制备现状和发展

1．3．1 活性炭的结构

1．3．2 活性炭的原料

1．3．3 活性炭的制备工艺

1．4 活性炭表面改性

1．4．1 活性炭表面化学特征

1．4．2 活性炭改性方法

1．5 本文研究目的和研究内容

第二章 铜藻生物质原料分析

2．1 试验原料及预处理

2．2 铜藻元素分析

2．2．1 分析方法及仪器

2．2．2 分析结果及讨论

2．3 铜藻工业分析

2．3．1 分析方法及仪器

2．3．2 分析结果及讨论

2．4 铜藻生物组成分析

2．4．1 分析方法及仪器

2．4．2 分析结果及讨论

2．5 铜藻金属离子含量分析

2．5．1 分析方法及仪器

2．5．2 分析结果及讨论

2．6 铜藻热重分析

2．6．1 分析方法及仪器

2．6．2 分析结果及讨论

2．7 本章小结

第三章 铜藻基活性炭的制备及工艺优化

3．1 试验装置及方法

3．1．1 铜藻基活性炭的制备装置

3．1．2 铜藻基活性炭的制备步骤

3．1．3 铜藻基活性炭的分析方法

3．2 铜藻颗粒对活化效果的影响

3．3 铜藻基活性炭制备的正交试验

3．4．1 正交试验设计

3．4．2 正交试验结果与分析

3．4 最优工艺条件下铜藻基活性炭的表征

3．4．1 表面形貌和孔隙结构分析

3．4．2 比表面积和孔结构分析

3．4．3 讨论

3．5 本章小结

第四章 铜藻基活性炭的改性及对Cr(Ⅵ)的吸附

4．1 试验方法和检测方法

4．1．1 铜藻基活性炭的改性

4．1．2 改性活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附

4．1．3 改性活性炭分析方法

4．2 改性活性炭的表面特性及孔结构特征分析

4．2．1 Boehm法滴定

4．2．2 傅里叶红外分析

4．2．3 扫描电镜分析

4．2．4 比表面积和孔结构分析

4．3 改性活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附试验影响因素探讨

4．3．1 活性炭去除水中Cr(Ⅵ)的机理

4．3．2 不同改性条件的影响

4．3．3 Cr(Ⅵ)溶液初始浓度的影响

4．3．4 吸附温度的影响

4．3．5 吸附pH值的影响

4．3．6 讨论

4．4 不同改性条件铜藻基活性炭的Cr(Ⅵ)吸附动力学探讨

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 创新

5．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文