秸秆糖化残渣制备活性炭及其吸附性能的研究

【摘要】：活性炭拥有丰富的孔状结构,具有内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的特征,能够吸附水中浓度较低、其它方法难以去除的物质,在废水处理、脱硫、有机溶液回收、空气净化、半导体等众多应用领域都有广泛的用途。 超临界技术作为秸秆资源化利用的新途径,得到了广泛的研究和应用。然而在秸秆的超临界前处理过程中,对产生的固体残渣尚无合理的处置方法。本论文利用亚/超临界技术对生物质秸秆进行水解中产生的残渣为原料,制备为具有吸附能力的活性炭,以增加秸秆的利用价值,提高秸秆能源化的经济性。 本文的主要研究内容及结论如下:以秸秆糖化残渣为原料,分别以磷酸和氯化锌为活化剂制备活性炭,探讨了活化温度、活化时间、固液比、浸渍时间等因素对秸秆活性炭吸附性能的影响,并进行了利用所制备的活性炭吸附双酚A的动力学研究和热力学研究。结果表明,当以稻草糖化残渣为原料,以磷酸作为活化剂,活化温度为900°C,活化时间为60 min,固液比为1:5,浸渍时间为12 h时,得率42.3%,制得稻草活性炭的碘吸附值可达到1011.7 mg·g~(-1),亚甲基蓝吸附值116.5 mg·g~(-1),比普通市售活性炭吸附量约高12.4%。以氯化锌作为活化剂,活化温度为900°C,活化时间为90 min,固液比为1:5,浸渍时间为12 h时,得率46.3%,制得的稻草活性炭的碘吸附值可达到1201.1 mg·g~(-1),亚甲基蓝吸附值146.5 mg·g~(-1),比普通市售活性炭吸附量高约33.4%。 选用最优条件下制备的活性炭样品应用于模拟废水中双酚A (BPA)的吸附。氯化锌活性炭比磷酸活性炭有较好的吸附性能。35℃时,氯化锌活性炭对亚甲基蓝的吸附量最大值为214.1 mg·g~(-1),对双酚A的吸附量最大值为123.2 mg·g~(-1)。磷酸活性炭和氯化锌活性炭吸附BPA时具有相似的动力学及热力学特征:二者与Langmuir模型拟合度均高于0.99,说明是单分子层吸附;吸附动力学符合准二级动力学方程,说明存在化学吸附。热力学研究显示,△H0,说明吸附为吸热过程;△G0,说明吸附质倾向于从溶液中吸附到吸附剂表面,反应过程是自发进行的;△S0,说明亚甲基蓝在活性碳上的吸附是熵推动过程,固/液相界面上分子运动更为混乱。 通过亚超临界预处理稻草秸秆以及对稻草秸秆残渣的利用,经计算可以得出1 t稻草秸秆产糖210 kg,产生的稻草秸秆残渣可以生产300 kg磷酸活性炭或320 kg氯化锌活性炭,分别产生1766.70元和1932.59元的产值。 【关键词】：秸秆 活性炭 吸附 双酚A
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ424.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-33
• 1.1 生物质秸秆的基本组成和性质15-19
• 1.1.1 纤维素16-17
• 1.1.2 半纤维素17-18
• 1.1.3 木质素18-19
• 1.2 秸秆生物质能源的利用19-24
• 1.2.1 我国秸秆利用现状19-20
• 1.2.2 秸秆主要利用途径介绍20-24
• 1.3 活性炭性质及特点24
• 1.4 生物质活性炭原料24-25
• 1.5 活性炭的制备工艺25-27
• 1.5.1 炭化25-26
• 1.5.2 活化26-27
• 1.6 活性炭在液相吸附中的应用27-30
• 1.6.1 吸附机理28-29
• 1.6.2 吸附类型29
• 1.6.3 吸附模型29-30
• 1.7 课题来源及研究思路30-32
• 1.7.1 课题来源30
• 1.7.2 研究思路30-31
• 1.7.3 研究内容31-32
• 1.8 研究技术路线32-33
• 第二章 生物质水热残渣制备活性炭的研究33-51
• 2.1 实验材料33-36
• 2.1.1 实验原料33
• 2.1.2 实验药品33
• 2.1.3 实验装置33-35
• 2.1.4 实验仪器35-36
• 2.2 试验方法36-38
• 2.2.1 实验步骤36
• 2.2.2 检测方法36-38
• 2.2.3 样品得率的计算38
• 2.3 磷酸法制备稻草秸秆水热残渣活性炭38-44
• 2.3.1 单因素实验38-41
• 2.3.2 正交实验41-44
• 2.4 氯化锌法制备稻草秸秆水热残渣活性炭44-49
• 2.4.1 单因素实验44-47
• 2.4.2 正交实验47-49
• 2.5 本章小结49-51
• 第三章 不同种类活性炭制备的比较51-60
• 3.1 实验材料51-52
• 3.1.1 实验原料51
• 3.1.2 实验药品51
• 3.1.3 实验装置51
• 3.1.4 实验仪器51-52
• 3.2 实验方法52-53
• 3.2.1 实验步骤52
• 3.2.2 检测方法52
• 3.2.3 活性炭实际得率52-53
• 3.3 不同原料活性炭53-57
• 3.3.1 稻草秸秆活性炭53
• 3.3.2 秸秆活性炭53-55
• 3.3.3 糖化残渣活性炭55-57
• 3.4 秸秆资源化的经济分析57-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第四章 稻草残渣活性炭性能的表征60-70
• 4.1 实验材料60-61
• 4.1.1 实验原料60
• 4.1.2 实验仪器60-61
• 4.2 实验方法61-63
• 4.2.1 电镜扫描分析61
• 4.2.2 红外光谱( FT-IR) 分析61-62
• 4.2.3 比表面积和孔径分布表征62-63
• 4.3 稻草活性炭的扫描电镜分析63-66
• 4.3.1 磷酸活性炭63-65
• 4.3.2 氯化锌活性炭65-66
• 4.4 稻草活性炭的红外光谱分析66-67
• 4.5 活性炭的氮气吸附脱附实验67-69
• 4.5.1 磷酸活性炭的氮气吸附脱附实验67-68
• 4.5.2 氯化锌活性炭的氮气吸附脱附实验68-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 稻草残渣活性炭性对MB、BPA 的吸附研究70-88
• 5.1 实验材料70-71
• 5.1.1 实验原料70
• 5.1.2 实验药品70
• 5.1.3 实验仪器70-71
• 5.2 实验方法71-74
• 5.2.1 标准曲线的绘制71-73
• 5.2.2 活性炭吸附亚甲基蓝和BPA 溶液的静态动力学实验73
• 5.2.3 活性炭吸附亚甲基蓝和BPA 溶液的静态平衡实验73-74
• 5.3 两种稻草活性炭对MB 的吸附研究74-81
• 5.3.1 稻草活性炭对MB 的吸附等温线74-77
• 5.3.2 稻草活性炭对MB 的吸附动力学77-80
• 5.3.3 热力学分析80-81
• 5.4 两种稻草活性炭对BPA 的吸附研究81-87
• 5.4.1 稻草活性炭对BPA 的吸附动力学81-84
• 5.4.2 稻草活性炭对BPA 的吸附等温线84-86
• 5.4.3 热力学分析86-87
• 5.5 本章小结87-88
• 第六章 结论与展望88-90
• 6.1 结论88-89
• 6.2 展望89-90
• 参考文献90-97
• 致谢97-98
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文98

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