柠条材活性炭的制备及结构性能表征

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柠条是中国西北、.华北、东北西部水土保持和固沙造林的重要树种之一,是良好的薪炭材资源分布面积大,易获取并且含有固定的碳源,目前对柠条的开发利用具有十分重大的意义,将拓宽活性炭的制备途径。论文以内蒙古自治区柠条为原材料,运用化学活化的方法,在氮气保护条件下制备活性炭。本实验通过正交试验法确定了以氯化锌、磷酸为活化剂制备柠条活性炭的适宜工艺参数,所考虑的因素有浸渍比、活化剂浓度、活化时间、活化温度。并在适宜工艺条件下,对两种柠条活性炭吸附亚甲基蓝溶液的吸附动力学和吸附热力学进行研究。同时采用XRD、F-TIR、BET比表面积等表征手段对柠条材活性炭的结晶度、表面化学状态、表面结构特征进行了研究。结果表明:(1)以氯化锌作为活化剂的工艺条件为:浸渍比为2.5:1,活化剂浓度为65%,活化温度为800℃,活化时间为90min;以磷酸作为活化剂的适宜工艺条件为:浸渍为2.0:1,活化剂浓度为90%,活化温度为800℃,活化时间为120min。(2)柠条活性炭的石墨化程度较低,其结构由无定型碳和少量石墨微晶组成;两种柠条活性炭均含有含氧官能团羟基、羰基、内酯基等官能团。以氯化锌为活化剂制备的活性炭其比表面积为1493.79 m2/g;以磷酸为活化剂制备的活性炭其比表面积为1543.76m2/g。(3)柠条活性炭对亚甲基蓝的吸附动力学行为符合准二级反应动力学方程所描述的规律;Langmuir吸附等温线模型更能够准确地描述亚甲基蓝在柠条活性炭上的吸附相平衡,且拟合度非常高。(4)通过对柠条材活性炭解吸性能的研究,以氯化锌为活化剂制备的活性炭脱附率可达60.91%;以磷酸为活化剂制备的活性炭脱附率可达32.65%。循环吸附脱附结果表明,经过三次循环试验,两种活性炭的脱附率分别为78.04%、43.82%,表明其可再生性很强。
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