本文關鍵詞：光合竹活性炭的制備及其吸附性能研究

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【摘要】：重金屬廢水來源于一系列工業(yè)生產(chǎn)活動中,一旦進入食物鏈被人體攝入將造成嚴重的毒害作用,目前國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量關于處理含重金屬廢水的研究。活性炭作為效果顯著的吸附材料而被廣泛運用于重金屬廢水的處理之中。然而,采用煤炭等不可再生資源制備活性炭使其成本很高。如今采用來源廣泛、再生性強的農(nóng)林廢棄物制備活性炭受到不少學者的關注。光合竹如今作為大量處置固廢物用途的一種植物,在我國南、北方均有大量種植且生長速度快,產(chǎn)草量極高,收割后浪費現(xiàn)象較嚴重。目前有關以光合竹為原料制備活性炭并進行重金屬廢水處理的研究尚未見報道,其對光合竹廢棄物的資源化利用提供了新的途徑,同時對此種吸附材料的吸附效果研究有一定的前景和意義。本文以光合竹為原料,采用KOH/NaOH混合活化劑制備吸附材料活性炭。以碘和亞甲基藍吸附值以及比表面積為評價指標,采用單因素實驗方法考察了活化時間、堿炭比、活化溫度、KOH/NaOH配比以及炭化溫度因素對光合竹活性炭吸附性能的影響。通過表面積測定、X射線衍射、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)和貝姆滴定法以及掃描電鏡(SEM)對吸附材料活性炭進行了表征,對活性炭化學表面含氧官能團進行定性分析,研究了光合竹活性炭物理化學性質;結合吸附動力學考察了吸附時間、活性炭投加量、PH和反應溫度等因素對吸附Cd(Ⅱ)效果的影響,主要研究結論如下:(1)以光合竹為活性炭原料,首先通過對KOH、NaOH、KOH/NaOH三種活化劑制備進行研究比較,以亞甲基藍和碘吸附值為指標,結合比表面積最終確定KOH/NaOH為制備光合竹活性炭的最佳活化劑;單因素實驗確定最佳制備工藝條件:炭化溫度400℃條件下炭化30min,堿炭比為3:2,KOH與NaOH配比為3:1,浸漬時間為5 h,活化時間60min,活化溫度650℃。最佳制備條件下的活性炭亞甲基藍吸附值202.5mg/g、碘吸附值為1255.5 mg/g。(2)通過BET與Langmuir比表面測試,根據(jù)N2吸附-脫附等溫線,得BJH介孔分析和T圖微孔分析。研究表明,最優(yōu)條件下所制光合竹活性炭比表面積為2343.9m2/g,吸附平均孔徑1.787nm,總孔體積0.902cm~3/g,微孔孔容0.7971cm~3/g,大孔徑比例4.97%,介孔徑比例59.64%,微孔比例35.39%。且當KOH與NaOH配比在3:1時能產(chǎn)生較多的微孔、較大的微孔孔容以及適量的介孔,能顯著提升吸附性能。采用電鏡掃描對活性炭表面進行掃描觀察;XRD射線衍射分析表明光合竹活性炭是以石墨微晶為基礎的無定形炭材料。采用貝姆滴定法,結合傅里葉紅外光譜(FTIR)對活性炭表面化學含氧官能團進行定性與定量分析,結果表明KOH/NaOH復合活化后增多了活性炭表面含氧堿性基團數(shù)量特別是羥基官能團含量。(3)利用光合竹活性炭處理含鎘廢水。最佳工藝條件下制備的活性炭對濃度分別為20mg/L、50mg/L、100mg/L的含Cd(Ⅱ)重金屬廢水處理并進行對比,主要考察吸附時間、活性炭投加量、PH和反應溫度等因素對吸附鎘效果的影響。研究結果發(fā)現(xiàn)隨著鎘溶液濃度增加,活性炭投加量增加,單位質量活性炭吸附量的增長逐趨緩慢;吸附平衡時間30min為宜,常溫(25℃)和PH值為7均有利于光合竹活性炭對鎘廢水的吸附,去除率最佳達到99%左右。分別用一級動力學方程和二級動力學方程模型進行擬合,結果表明準二級動力學模型能很好擬合吸附平衡數(shù)據(jù),模型相關系數(shù)達到0.999以上。實驗研究發(fā)現(xiàn)在Cd(Ⅱ)濃度10-150mg/L范圍內(nèi)Langmuir比Freundlich吸附等溫式具有更好的擬合平衡數(shù)據(jù),為單分子層吸附,對鎘離子最大吸附量q_m為25.575mg/g。
【關鍵詞】：光合竹 活性炭 活化 鎘離子 吸附
【學位授予單位】：西華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703;TQ424.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 農(nóng)林廢棄物的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.1.1 農(nóng)林廢棄物綜合利用現(xiàn)狀12
• 1.1.2 關于光合竹的研究12-13
• 1.1.3 光合竹的應用現(xiàn)狀13
• 1.2 活性炭制備研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 物理活化法14
• 1.2.2 化學活化法14-15
• 1.2.3 其他活化法15
• 1.3 含鎘廢水處理的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 我國鎘廢水現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 鎘廢水的主要處理方法16-17
• 1.4 活性炭在水處理方面的應用17-18
• 1.4.1 活性炭對重金屬的吸附17-18
• 1.4.2 活性炭吸附含鎘廢水現(xiàn)狀18
• 1.5 研究目的及意義18
• 1.6 主要研究內(nèi)容及技術路線18-20
• 1.6.1 主要研究內(nèi)容18-19
• 1.6.2 研究技術路線19-20
• 2 實驗準備與分析方法20-28
• 2.1 實驗原材料分析20
• 2.1.1 實驗材料20
• 2.2 實驗試劑20-21
• 2.3 實驗設備儀器21-22
• 2.4 實驗裝置與實驗方法22-25
• 2.4.1 實驗裝置22-23
• 2.4.2 實驗試劑配制方法23-24
• 2.4.3 Cd(Ⅱ)廢水的配制及標準曲線繪制24
• 2.4.4 光合竹基本性質的測定24-25
• 2.4.5 活性炭制備流程25
• 2.5 活性炭分析方法25-28
• 2.5.1 亞甲基藍吸附值測定25
• 2.5.2 碘吸附值測定25-26
• 2.5.3 活性炭得率的測定26
• 2.5.4 比表面積與孔結構分析26
• 2.5.5 X射線衍射（XRD）分析26
• 2.5.6 掃描電鏡（SEM）分析26-27
• 2.5.7 活性炭表面含氧官能團含量測定27
• 2.5.8 傅里葉紅外光譜（FTIR）分析27-28
• 3 光合竹活性炭的制備與表征分析28-43
• 3.1 活化劑的選擇28-30
• 3.2 單因素實驗制備光合竹活性炭30-34
• 3.2.1 活化時間的影響30-31
• 3.2.2 活化溫度的影響31-32
• 3.2.3 堿炭比的影響32-33
• 3.2.4 KOH/NaOH配比的影響33-34
• 3.3 光合竹活性炭的表征分析34-41
• 3.3.1 比表面孔結構分析及N2吸附等溫線34-38
• 3.3.2 X射線衍射結果分析38-39
• 3.3.3 掃描電鏡結果分析39-40
• 3.3.4 表面官能團及紅外光譜結果分析40-41
• 3.4 本章小結41-43
• 4 光合竹活性炭處理含Cd（Ⅱ）廢水研究43-56
• 4.1 實驗準備及方法43
• 4.2 KOH/NaOH配比對吸附Cd~（2+）的影響43-44
• 4.3 光合竹活性炭吸附Cd~（2+）因素實驗研究44-48
• 4.3.1 活性炭投加量對吸附效果影響44-45
• 4.3.2 吸附時間對吸附效果影響45-46
• 4.3.3 pH值對吸附效果影響46-47
• 4.3.4 吸附溫度對吸附效果影響47-48
• 4.4 光合竹活性炭吸附Cd（Ⅱ）動力學研究48-52
• 4.4.1 準一級動力學模型49-50
• 4.4.2 準二級動力學模型50-52
• 4.5 吸附等溫線研究52-54
• 4.6 本章小結54-56
• 結論56-57
• 參考文獻57-62
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文及科研成果62-63
• 致謝63-64

【參考文獻】

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本文編號：781543