脱硅稻壳基活性炭的制备及应用

摘要

活性炭具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，被广泛应用于化工、环保、医药、国防和食品等各个领域。目前活性炭的生产主要以煤质活性炭为主。由于煤炭价格的日益攀升和煤炭的不可再生性，寻找一种价格低廉、可再生的新材料替代煤炭生产活性炭已成为该领域的研究热点之一。　　稻壳富含硅元素，可用于生产白炭黑。提取白炭黑后的稻壳残渣一般作为废料进行处理，不仅浪费了资源而且污染了环境。本文利用生产白炭黑的稻壳残渣为原料，水蒸气活化法制备活性炭，不仅可以解决废料堆积带来的污染，而且拓宽了制备活性炭的原料来源，实现了资源的多级利用。　　首先，本文以脱硅稻壳残渣（简称DRH）为原料，采用水蒸气活化法制备稻壳基活性炭，考察了活化温度、活化时间和水蒸气用量对碘吸附值的影响。利用响应面实验设计(简称RSM)优化出制备活性炭的最佳工艺条件，并对优化结果进行了验证。根据对模型方差和相关系数的分析，说明RSM建立的理论模型是可靠的。利用RSM方案优化出的制备条件为:活化温度为946℃，活化时间为31.2min，水蒸气量∶DRH=3∶1(g/g)。所得活性炭的碘吸附值为970.06mg/g，亚甲基蓝吸附值为325.38mg/g，产率为31.36％。　　其次就稻壳基活性炭对废水中靛蓝和苯胺的吸附性能进行了研究，主要考察了吸附时间、溶液pH值、吸附剂用量、初始浓度和温度等对吸附的影响。结果表明:活性炭对靛蓝和苯胺的吸附平衡时间分别为300min和100min。在298K时，活性炭对靛蓝和苯胺的饱和吸附量分别为1.05mmol/g和1.14mmol/g。升高温度有利于活性炭对靛蓝的吸附，不利于对苯胺的吸附。　　用Langmuir、Freundlich、Koble-Corrigan、Temkin、Redlich-Peterson等温线模型对活性炭吸附靛蓝和苯胺的实验数据进行非线性拟合分析，结果表明:Koble-Corrigan和Temkin等温模型能够很好的描述活性炭对靛蓝的吸附行为，Langmuir和Temkin模型能够较好的描述活性炭对苯胺的吸附行为。动力学研究结果表明准二级动力学模型能够很好的描述活性炭对靛蓝和苯胺的吸附过程，颗粒内扩散过程不是唯一的控制步骤，吸附过程由膜扩散和颗粒内扩散联合控制。　　稻壳基活性炭对靛蓝和苯胺的双组分竞争体系表明，靛蓝和苯胺组成的混合体系具有一定的竞争作用。双组分吸附等温线表明，Freundlich吸附模型能够很好的描述双组分吸附竞争行为。　　采用比表面积分析仪、红外光谱仪和扫描电镜等现代分析手段对稻壳基活性炭进行了结构表征。稻壳基活性炭的比表面积为1004.30m2/g，活性炭的总孔容为0.9388cm3/g。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 活性炭的研究概况

1．1．1 前言

1．1．2 活性炭原料的来源

1．1．3 活性炭结构和表面

1．1．4 活性炭的应用

1．2 活性炭的制备方法

1．2．1 化学活化法

1．2．2 物理活化法

1．2．3 联合活化法

1．3 稻壳的应用现状

1．3．1 稻壳简介

1．3．2 稻壳基活性炭国内外研究现状

1．4 课题的提出及研究思路

2 水蒸气活化法制备稻壳基活性炭

2．1 概述

2．2 实验仪器和实验方法

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验试剂及仪器

2．2．3 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 单因素实验

2．3．2 响应面实验设计

2．3．3 响应面实验数据分析

2．4 小结

3 稻壳基活性炭对靛蓝的吸附研究

3．1 概述

3．1．1 印染废水的来源及危害

3．1．2 印染废水的处理进展

3．1．3 吸附模型

3．1．4 靛蓝染料的研究现状

3．2 实验仪器和方法

3．2．1 试剂及仪器

3．2．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 吸附时间对吸附的影响

3．3．2 吸附剂用量对吸附的影响

3．3．3 溶液pH值对吸附的影响

3．3．4 不同温度与初始浓度对吸附的影响

3．3．5 吸附等温线的研究

3．3．6 热力学参数的估算

3．3．7 吸附动力学的研究

3．4 小结

4 稻壳基活性炭对苯胺的吸附研究

4．1 概述

4．2 实验仪器和方法

4．2．1 试剂及仪器

4．2．2 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 吸附时间对吸附的影响

4．3．2 吸附剂用量对吸附的影响

4．3．3 溶液pH值对吸附的影响

4．3．4 不同温度与初始浓度对吸附的影响

4．3．5 吸附等温线的研究

4．3．6 热力学参数的估算

4．3．7 动力学的研究

4．4 稻壳基活性炭对靛蓝和苯胺竞争吸附的研究

4．4．1 吸附时间对混合体系的影响

4．4．2 固定靛蓝或者苯胺的浓度，改变苯胺或者靛蓝的浓度

4．4．3 固定靛蓝和苯胺的总浓度，改变苯胺和靛蓝的浓度

4．4．4 混合体系的吸附等温线

4．5 小结

5 稻壳基活性炭的结构表征及分析

5．1 主要实验仪器

5．2 比表面积和孔径分布

5．3 红外光谱分析

5．4 扫描电镜分析

5．5 小结

6 结论与展望

参考文献

个人简历

致谢