鹿角菜活性炭的制备、表征及染料吸附性能研究

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由于现在工业的蓬勃发展,生产过程中排放的染料造成了严重的污染,对环境和人类健康构成了巨大威胁。活性炭是处理染料污染的常用吸附剂,由于成本问题,活性炭逐渐趋向于以生物质和废物为原料制备。鹿角菜是一种经济海藻,是卡拉胶生产的原藻,常应用于食品、医药等多种领域。本论文选择以鹿角菜为原料制备活性炭并且研究其吸附性能,在此基础上,还研究了活性炭对三苯甲烷类染料的特殊吸附性能和水洗(去盐)后鹿角菜活性炭的染料吸附性能。(1)鹿角菜活性炭的制备及染料吸附特性研究通过高温碳化法将海洋材料鹿角菜制备成了活性炭。通过扫描电子显微镜(SEM)表征了鹿角菜活性炭(CCAC)的表面形貌,另外对CCAC进行了FTIR、Raman和BET分析表征。研究了影响CCAC染料吸附能力性能的几种因素包括吸附剂剂量,染料pH,吸附接触时间,初始染料浓度和温度。实验结果表明,CCAC可以有效吸附作为阳离子染料的亚甲基蓝(MB),阴离子染料的甲基橙(MO),油溶性染料的油红O(ORO)以及其他八种染料。其中CCAC对亚甲基蓝、甲基橙和油红O的吸附容量分别是132.81,49.48和33.17 mg g?1。CCAC的吸附过程符合准二级动力学模型。CCAC的吸附等温线拟合模型同时符合Langmuir和Freundlich方程。CCAC对三种染料的循环再生的效果理想,经过5个循环后仍能维持89%以上的去除率。最后分析得CCAC对染料的吸附机理主要取决于活性炭与染料之间的π-π相互作用。(2)鹿角菜活性炭对三苯甲烷类染料的特殊吸附性能通过活性炭对多种染料的吸附研究现象过程,发现其对三苯甲烷类染料存在超快的吸附速率(3 min>99%)。选择阳离子染料孔雀石绿(MG)、碱性品红(FB),阴离子染料酸性品红(AF)三种三苯甲烷类染料,研究了影响活性炭吸附速率的因素,包括吸附剂投加量、pH、初始染料浓度。还对活性炭的表面形貌进行了扫描电子显微镜表征;对活性炭水溶液的金属离子浓度进行了电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)表征。实验结果排除了投加量、染料浓度、pH等因素对吸附速率的影响,活性炭的吸附能力主要与π-π相互作用有关。(3)水洗(去盐)鹿角菜活性炭的制备及染料吸附性能研究为了提高活性炭的孔隙率,从而提高其吸附容量。通过去离子水浸泡制备了水洗活性炭(WCCAC),针对几种影响染料吸附性能的因素包括吸附剂剂量,时间和温度进行了研究,得出WCCAC对亚甲基蓝、甲基橙和油红O的吸附量分别是199.40,99.99和49.99 mg g?1,相比于CCAC对三种染料的吸附容量132.81,49.48和33.17mg g?1有更好的吸附效果。吸附动力学数据表明,WCCAC的吸附过程符合准二级动力学模型。其吸附等温线更符合Langmuir模型。
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