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生物质是地球上含量非常丰富、低成本、清洁并且可再生的资源,在资源和环境问题日益严重的今天,开发和利用生物质资源具有重大的战略意义。甘蔗渣是中国制糖加工业的副产品,在广东广西两省资源丰富,但利用率很低,大部分直接作为燃料利用。甘蔗渣具有优良的天然结构,其含碳量可以达到53%,是制备活性炭的适宜原料,将甘蔗渣这种废弃的生物质转化成活性炭,是一种符合循环经济理念的农林固废处理方式。本论文从农副产品甘蔗渣的资源化出发,研究其制备活性炭对重金属离子的吸附的再利用价值,以望能达到应用于工业废水去除重金属的处理的目标。
本研究以甘蔗渣为原料、氯化锌(ZnCl2)为活化剂,采用连续升温化学活化法制备甘蔗纤维质基活性炭(BAC),系统考察了ZnCl2浓度、炭化温度及炭化时间、活化温度及活化时间等条件对BAC对亚甲基蓝、碘吸附性能以及BAC得率的影响。该法的最佳制备条件为:ZnCl2浓度20%,炭化温度350℃,炭化时间180min,活化温度650℃,活化时间80min;在该条件下制备的BAC的亚甲基蓝吸附值、碘值与得率分别为297.5mg/g、1023mg/g、28.2%。
对BAC采用比表面积和微孔分布测定仪,在77K下测定BAC的N2吸附.脱附等温线,通过BET方程、MP法和BJH法计算其比表面积、微孔体积和孔径分布;并采用傅里叶变换红外转换光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等多种方法对其化学结构、微晶结构及形貌特征进行表征、分析。分析BAC的N2吸附—脱附等温线,结果表明:BAC的N2吸附—脱附等温线属于Ⅱ型等温线,与商品活性炭相比该活性炭除了微孔,还有比较发达的中孔孔隙结构,孔径分布较宽,主要分布在10nm以内:BAC的BET比表面积875.8㎡/g,其中微孔面积占4/5,中孔占1/5;孔容积为0.3867cm3/g,其中微孔孔容占3/10,中孔占6/10;平均孔径ADP为2.6nm。经XRD分析,BAC在21=23~24°附近有对称峰,表明其主要由无定型碳与少量石墨微晶组成。扫描电镜可以看到BAC整体呈现多孔性的骨架结构,孔道中有丰富的细孔分布。
通过BAC对Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)与Cu(Ⅱ)三种重金属的吸附来检验BAC的吸附性能。实验表明:pH值、反应温度、反应时间与离子初始浓度都是控制BAC吸附重金属过程的影响因素。1、当常温下(25~35℃),pH=2,Cr(Ⅵ)浓度为100mg/L,吸附时间10h,BAC投放量为3g/L时,BAC对含Cr(Ⅵ)废水处理能力最强;2、当常温下(25~35℃),pH=6.5,Pb(Ⅱ)浓度为250mg/L,吸附时间2h,BAC投放量为1.6g/L时,BAC对含Pb(Ⅱ)废水处理能力最强;3、在常温下(25~35℃),pH=7,Cu(Ⅱ)浓度为100mg/L,吸附时间8h,BAC投放量为1.5g/L时,BAC对含Cu(Ⅱ)废水处理能力最强。BAC对三种重金属的吸附动力学符合Lagergren动力学模型拟二级反应动力学。BAC在25~45℃下对三种重金属的吸附都比较符合Langmuir单分子层等温吸附模型,属于物理吸附。