稻草秸秆活性炭的制备及性能研究

【摘要】：活性炭作为一种优质吸附剂,其应用越来越广泛,目前己广泛应用于环境保护、化学工业、食品加工、药物精制、军事化学防护等各个领域。稻草秸秆是稻谷加工的副产品,我国稻草秸秆资源相当丰富,但利用程度较低,大部分作为废物丢弃或作低级燃料用。因此对于稻草秸秆资源的开发和利用一直是人们感兴趣的课题。大量存在的农副产品废弃物--稻草秸秆中含有丰富的固定碳,开发利用稻草秸秆有着重要的意义。 本研究以稻草秸秆为原料,分别以氯化锌(ZnCl_2),磷酸(H_3PO_4),硫酸(H_2SO_4)碳酸钾(K_2CO_3)为活化剂制备稻草秸秆活性炭作为吸附剂。通过单因素和正交试验考察了活化剂的种类,陈放时间、陈放温度、原材料与活化剂的配比(物料比),溶液浓度、活化温度和活化时间等因素对活性炭的吸附性能的影响,确立了调控活性炭性能的工艺方法和工艺条件。利用扫描电镜观察了活性炭的形貌特征,利用X射线衍射分析了稻壳活性炭中微晶的晶体结构,并且将所制的稻草秸秆活性炭应用于对水中Cu~(2+)、Ni~(2+)的吸附,研究了活性炭去除Cu~(2+)、Ni~(2+)适宜的吸附条件。研究结论如下: 氯化锌法制备稻草活性炭的最佳工艺参数为:陈放时间12h、陈放温度110℃、物料比1∶1、活化时间60min、活化温度660℃。所制得活性炭的碘吸附值可达到810mg/g,亚甲基蓝吸附值90mg/g,焦糖色素脱除率80%,水分1.5%,得率34%。微观结构观察发现,氯化锌法所得稻草活性炭具有丰富的大小不一的孔隙结构,证明该法制备的活性炭吸附能力较强。 磷酸法制备稻草活性炭的最佳工艺参数为:物料比2.2∶1,磷酸浓度30%,活化时间70min,活化温度660℃。所制得的活性炭产品的碘吸附值425mg/g,亚甲基蓝吸附值127mg/g,焦糖色素脱色率87.5%,水分3.2%,得率52.1%。微观结构观察到,产品颗粒上的孔隙优于市售活性炭。 硫酸法制备稻草活性炭的最佳工艺参数为:物料比为1∶3;硫酸浓度为70%;活化温度为250℃;活化时间为65min。制得的粉状稻壳活性炭的亚甲基蓝吸附值可达202.5mg/g,水分1.9%,灰分17.4%,得率52.39%。吸附效果明显优于市售活性炭。 碳酸钾法制备稻壳活性炭的工艺参数为:物料比为2.7∶1碳酸钾浓度为70%,活化时间为50min,活化温度为8400C。所制得的粉状稻草活性炭的碘吸附值高达1033mg/g,亚甲基蓝吸附值232.5mg/g,焦糖色素去除率120%,得率15.1%,水分12.3%,灰分19.5%。远远超过国家一级活性炭要求的标准。微观结构观察到,产品具有许多板层状孔隙,更有利于对物质的吸附。 稻草为原料制备的活性炭对Cu2+和Ni2+具有良好的吸附性能,特别是碳酸钾活性炭,其吸附效果明显好于商业活性炭。 【关键词】：稻草 活性炭 制备 吸附
【学位授予单位】：武汉工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ424.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 活性炭概述11-12
• 1.1.1 引言11-12
• 1.1.2 活性炭的分类12
• 1.2 活性炭的制备方法12-16
• 1.2.1 物理活化法12-13
• 1.2.2 化学活化法13-15
• 1.2.3 化学物理法15-16
• 1.3 秸秆基活性炭的研究16-19
• 1.3.1 秸秆综合利用现状16-17
• 1.3.2 国内外研究现状17-19
• 1.4 活性炭吸附水处理概况19-21
• 1.4.1 前言19
• 1.4.2 活性炭对重金属离子吸附的研究19-21
• 1.5 本课题研究的目的和意义21
• 1.6 本课题研究的主要内容21
• 1.7 本课题研究的创新点21-22
• 第2章 稻草活性炭的制备22-54
• 2.1 试验材料、试剂与仪器22-23
• 2.1.1 试验材料和试剂22
• 2.1.2 试验设备及仪器22-23
• 2.2 试验方法23-24
• 2.2.1 稻草活性炭的制备23-24
• 2.2.2 产品主要性能的检测24
• 2.3 试验结果与讨论24-53
• 2.3.1 氯化锌法制备稻草活性炭24-30
• 2.3.2 磷酸法制备稻草活性炭30-39
• 2.3.3 硫酸法制备稻草活性炭39-44
• 2.3.4 碳酸钾法制备稻草活性炭44-53
• 2.4 本章小结53-54
• 第3章 稻草活性炭性能的表征54-59
• 3.1 稻草活性炭的扫描电镜分析54-55
• 3.2 稻草活性炭 XRD 分析55-59
• 第4章 稻草活性炭对重金属离子吸附的研究59-70
• 4.1 试验材料、试剂及仪器59
• 4.1.1 试验材料与试剂59
• 4.1.2 试验仪器59
• 4.2 试验方法59-60
• 4.2.1 标准曲线的绘制59
• 4.2.2 吸附后各离子浓度的测定59
• 4.2.3 吸附量的计算方法59-60
• 4.3 试验结果与讨论60-69
• 4.3.1 标准曲线的绘制60-61
• 4.3.2 稻草活性炭对铜离子吸附的研究61-65
• 4.3.3 碳酸钾活性炭对镍离子吸附的研究65-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 结论70-72
• 5.1 主要结论70-71
• 5.2 主要问题与展望71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 攻读学位期间的研究成果76

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