玉米秸秆基活性炭的制备及甲醛吸附应用研究

【摘要】：活性炭是一种具有良好吸附能力、高回收再生率的吸附剂,其吸附应用在大气治理、制药化工业、溶剂再生领域都有推广。近年来人们对活性炭的研究和开发也极为重视。玉米秸秆来源范围广,原料加工简单,是农业生产储量较大的废弃物,通常采用的处理方式是焚烧,而这种处理方式会直接造成空气环境污染。所以作为一种既清洁又经济的方式,开发利用好秸秆制备活性炭,对炭产业发展及秸秆资源化都具有重要的意义。本文以农村常见的玉米秸秆为原料,焦磷酸为活化剂,分别采用常规加热和微波辐照两种炭化方法进行了秸秆基活性炭的制备与表征及孔结构研究,并将其应用于甲醛吸附捕集。首先采用正交试验的方法确定了秸秆基活性炭的最佳制备条件,得出常规加热活化制备活性炭(AC-1)其最佳条件为：焦磷酸浓度45(wt)%,以浸渍比1：1混合均匀,浸渍时间5 h,活化温度450℃,活化时间0.5 h；微波内热活化制备活性炭(AC-2)的较适宜条件为：焦磷酸浓度45(wt)%,以浸渍比1：2混合均匀,浸渍时间8 h,辐射功率400w,活化时间8min。其次,采用低温氮吸附、FTIR、XRD、TG分析等方式分析表征所制活性炭。实验表明：AC-1和AC-2的BET比表面积分别为351.18m2/g,459.94m2/g,两种样品孔径以微孔到小尺度中孔为主；FTIR分析说明炭表面引入了羧基、内酯基、羟基以及芳香环结构等官能团：XRD分析表明炭样中有大量石墨晶体结构,而微波加热制备的活性炭的石墨化度较高；TG分析表明在温度达到800℃时,AC-1和AC-2剩余量分别为81.41%,77.55%,两种炭均有较好的热稳定性。最后,在甲醛吸附实验中,考察两种活性炭AC-1, AC-2对甲醛的平衡吸附容量,测定室温下的吸附等温线,并对所得结果分别以Freundich和Langmuir方程进行拟合。结果表明：Langmuir方程能较好地描述活性炭对甲醛的吸附过程,甲醛在活性炭吸附时起主要作用的是化学键力。其次,采用伪二级模型描述吸附行为,说明甲醛在活性炭上发生物理与化学复合吸附。由此模型得到的平衡吸附量分别是4.62mg/g和5.19mg/g,拟合后由伪二级模型方程求出的qe要更符合实验数据。 【关键词】：秸秆活性炭 制备 甲醛 吸附
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ424.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 秸秆生物质能源的利用11-14
• 1.1.1 我国秸秆利用现状11
• 1.1.2 秸秆的组成11-12
• 1.1.3 秸秆主要能源利用途径介绍12-14
• 1.2 生物质热解技术14-17
• 1.2.1 生物质常规热解技术14-15
• 1.2.2 微波技术15-17
• 1.3 活性炭的介绍及其应用17-22
• 1.3.1 活性炭的结构17
• 1.3.2 活性炭制造方法17-20
• 1.3.3 活性炭的应用20-22
• 1.4 课题背景及研究内容22-23
• 1.4.1 课题背景22
• 1.4.2 主要研究内容22-23
• 第二章 实验材料和方法23-29
• 2.1 引言23
• 2.2 实验材料和仪器23-24
• 2.2.1 实验材料23
• 2.2.2 实验仪器23-24
• 2.3 玉米秸秆活性炭的制备24-27
• 2.3.1 玉米秸秆基本性质的测定24-26
• 2.3.2 玉米秸秆活性炭制备工艺26-27
• 2.4 秸秆活性炭的表征27-28
• 2.4.1 活性炭碘值测定27
• 2.4.2 活性炭产率的测定27
• 2.4.3 样品扫描电镜的测定27-28
• 2.4.4 样品比表面积及孔径结构的测定28
• 2.4.5 热重分析28
• 2.4.6 物相分析28
• 2.4.7 红外光谱分析28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 常规加热法秸秆活性炭的制备29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 秸秆的化学性质29-31
• 3.2.1 基础性质分析29
• 3.2.2 玉米秸秆的热重分析29-31
• 3.3 正交实验确定活性炭制备的主要影响因素31-33
• 3.4 单因素实验确定制作条件33-37
• 3.4.1 活化温度的影响33-34
• 3.4.2 活化时间的影响34-35
• 3.4.3 浸渍比的影响35-36
• 3.4.4 浸渍时间的影响36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 微波加热法秸秆活性炭的制备38-45
• 4.1 引言38
• 4.2 秸杆升温曲线38-39
• 4.2.1 微波功率校准38-39
• 4.2.2 纯玉米秸秆升温曲线39
• 4.3 正交实验确定微波法活性炭制备的主要影响因素39-41
• 4.4 单因素实验确定制作条件41-44
• 4.4.1 辐射功率的影响41-42
• 4.4.2 浸渍比的影响42-43
• 4.4.3 活化时间的影响43
• 4.4.4 浸渍时间的影响43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 秸秆基活性炭性能表征45-55
• 5.1 引言45
• 5.2 表面特性分析45-46
• 5.3 表面形态分析46-47
• 5.4 比表面积及孔隙特性分析47-50
• 5.5 物相分析50-51
• 5.6 表面官能团组成51-52
• 5.7 热稳定性分析52-53
• 5.8 本章小结53-55
• 第六章 甲醛吸附行为研究55-64
• 6.1 仪器与试剂55
• 6.2 甲醛的分析方法55-57
• 6.2.1 分析测试方法介绍55-56
• 6.2.2 标准曲线的绘制56-57
• 6.3 活性炭对气相甲醛的吸附容量测试57-59
• 6.3.1 实验条件57
• 6.3.2 实验装置57-58
• 6.3.3 实验吸附容量计算58-59
• 6.4 结果与讨论59-63
• 6.4.1 活性炭的吸附等温线59-60
• 6.4.2 活性炭对甲醛的吸附动力学研究60-62
• 6.4.3 活性炭对甲醛的吸附机理探讨62-63
• 6.5 本章小结63-64
• 第七章 结论与展望64-66
• 7.1 结论64-65
• 7.2 展望65-66
• 参考文献66-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况72

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