烟梗基活性炭的制备及在卷烟烟气中的吸附研究

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活性炭是一种用途广泛的多孔材料,其原料来源丰富,绝大部分植物材料都可来制备活性炭。烟梗是作为烟草工业的副产物,每年大量的烟梗资源被弃置或焚烧,既浪费资源又造成环境污染。降焦减害是烟草行业永恒的主题,但卷烟烟气气溶胶是一种复杂的体系,单一成分的吸附研究无法符合其过程,为此本文以废弃烟梗为原料制备活性炭,并将其应用到卷烟烟气的降焦减害方面,从多种成分角度分析其吸附性能。主要的研究内容与结果如下:1.以烟梗为原料,采用ZnCl2活化法和H3PO4活化法制备活性炭,选取活化剂质量分数,活化温度和活化时间三个主要因素,设计单因素实验,考察不同水平条件下活性炭的孔隙结构变化,并通过Minitab软件分析主要因素间的影响次序和交互作用。结果表明ZnCl2活化制备的活性炭比表面积基本在1000m2/g以上,H3PO4活化制备的活性炭比表面积最高为866m2/g。以表面积为指标,ZnCl2的活化效果要优于H3PO4活化,并且ZnCl2活化法可通过改变活化剂用量实现活性炭的孔结构调整。2.利用烟梗疏松多孔的结构特征,以微波对其进行膨胀,考察烟梗含水率、微波功率和膨胀时间对烟梗膨胀率的影响。利用膨胀梗为原料,ZnCl2为活化剂制备活性炭,比较不同条件下的膨胀梗制备出活性炭的比表面积差异。结果表明,活性炭的比表面积和膨胀梗的制备条件有关,与膨胀率关系较小。烟梗含水率过大、过高膨胀功率和过长膨胀时间均不利于活性炭的制备。3.采用不同结构活性炭作为滤嘴添加剂,研究其对主流烟气中的7种主要有害物质的吸附影响。结果表明孔结构对7种有害成分的吸附效果区别较大,活性炭对主流烟气中对苯并芘(B[a]P)、NNK、HCN、NH3、巴豆醛、苯酚和CO最高降低率依次为61%、55%、20%、47%、55%、69%和37%。4.以赖氨酸和金属硝酸盐(Fe2+,Al3+,Mg2+,Cu2+和Co2+)对活性炭进行双功能化修饰,经表征活性炭表面具有丰富的碱性基团和金属离子。将功能化后的活性炭作为滤嘴添加剂进行烟气吸附实验。结果表明修饰后的活性炭相比未修饰前吸附性能得到了明显提高,其中对于苯酚和HCN吸附效果最好,吸附降低率达50%以上。5.以卷烟烟气中的有害物质邻甲苯胺和苯酚为目标物,在水溶液中研究两种物质的共吸附行为,探究了温度、时间和pH对吸附的影响,并对数据进行拟合。结果表明活性炭对邻甲苯胺和苯酚的吸附属于放热放应,且存在协同作用,拟二级和Freundlich模型能较好的描述活性炭的吸附过程。邻甲苯胺的最佳吸附pH范围在7-8,而苯酚在6-7。
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