羊栖菜基中孔活性炭的制备与应用研究

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中孔活性炭是一种具有高比表面积、中孔率较高的吸附剂,传统制备中孔活性炭的方法主要有化学法、催化法、模板法。本文以羊栖菜基生物炭为原料,通过CO2物理活化法制备了性能优良的中孔活性炭。通过单因素实验考察活化温度、活化时间、CO2流量对活性炭比表面积、总孔体积及烧失率的影响,确定了实验因素与水平;以亚甲基蓝吸附值及烧失率为响应值,采用曲面响应法进行工艺优化,获得较优工艺条件。在小试研究的基础上,通过间歇与连续中试实验,初步确定连续生产工艺参数,并将获得的产品应用于模拟废水中刚果红去除的研究。通过静态吸附实验考察了不同反应条件对吸附过程的影响,并对去除过程进行了动力学分析;在静态吸附实验研究的基础上进行了动态吸附实验,考察了不同的因素对穿透曲线的影响,对吸附过程进行了BDST与Thomas模型拟合。论文主要得到以下结果:(1)在活化温度900℃、活化时间30 min、CO2流量1.8 L?min-1的较优工艺条件下,获得比表面积1329 m2?g-1、亚甲基蓝吸附值235 mg?g-1、总孔体积1.1769mL?g-1、中孔率65%的活性炭,其孔径均集中分布在4 nm左右。(2)中试生产实验表明,在活化温度900℃、进料速度4.5 kg·h-1、CO2流量25 L·min-1、炉膛转速30 rpm时,不同时间段获得的活性炭亚甲基蓝吸附值稳定在255-300 mg·g-1,主要性能指标符合木质净水用活性炭国标(GB/T 13803.2-1999)一等品标准,优于小试实验制备的活性炭。(3)吸附实验结果表明,羊栖菜基中孔活性炭对刚果红的吸附能力优于其他吸附剂,适用于染料废水中大分子物质刚果红的吸附。(4)羊栖菜基中孔活性炭对刚果红溶液的快速反应阶段能较好的符合准二级动力学模型,其相关系数的范围为0.99790.9999,表明该反应是以化学吸附起主导作用的吸附过程。(5)BDST与Thomas模型拟合曲线相关系数R2>0.99、0.85,说明拟合程度良好,均能较好地描述固定床内活性炭对刚果红的吸附。以羊栖菜下脚料生物炭为原料,采用物理活化法制备获得了性能优良的中孔活性炭,具有环境污染小、工艺简单对设备要求低等优点。不仅实现了羊栖菜生物质资源的有效利用,而且为染料废水中大分子物质的有效去除提供了一种新的材料,具有较好的环境和社会经济效益。
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