甘蔗叶活性炭的清洁制备方法、性能及其应用研究

【摘要】：本文采用单因素实验、Plackett-Burman(P-B)法、中心复合设计(CCD)等系统研究了制备工艺因素对NH4H2PO4活化法制备甘蔗叶活性炭得率、性能、能耗及耗水量的影响,结合热重分析仪(TG-DTG)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)及X-射线衍射仪(XRD)对样品进行表征,通过甘蔗叶活性炭对模拟碱性嫩黄染料废水的吸附,得到其吸附热力学及吸附动力学模型。主要结果如下： 采用NH4H2PO4活化甘蔗叶制备活性炭时可能发生的反应为：4C+2NH4H2PO4→P2O3+CH4↑CO2↑+2CO↑+2NH3↑+H2O↑,活化剂NH4H2PO4浓度、活化温度和活化时间对样品得率和碘吸附值的影响显著(P0.05),建立的响应面模型高度显著(P0.0001),最佳制备工艺条件为：NH4H2PO4浓度2.50wt%、液料比5、浸泡时间20h、活化温度704.96℃、活化时间64.85min,所制备的甘蔗叶活性炭(AC-1)孔径范围为735.1nm～7.16μm,得率、碘吸附值分别为29.33%、987.69mg/g,与预测值的吻合度分别为92.12%、97.32%。 在活化剂中添加Ni(NO3)2制备的甘蔗叶活性炭(AC-2)的得率和碘吸附值分别为29.25%、1014.63mg/g,能耗比AC-1和ZnCl2活化法制备的甘蔗叶活性炭分别降低了2.1%、12.2%,其洗炭耗水量为224.21mL/g,比NaOH、KOH、K2CO3、H3PO4活化法分别节水85.80%、82.68%、77.13%、27.30%,样品的孔径范围为795.6nm～2.34μm。 在50℃时,AC-2对模拟碱性嫩黄染料废水的最大吸附量为268.8172mg/g,其吸附过程是一个自发进行的吸热过程(ΔG0、ΔH0、ΔS0),符合伪二级动力学方程,吸附速率主要受颗粒外扩散(膜扩散)控制。碱性嫩黄在AC-2上物理吸附和化学吸附同时发生,但以化学吸附为主。 【关键词】：甘蔗叶 活性炭 NH_4H_2PO_4 Ni(NO_3)_2 碱性嫩黄
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ424.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 文献综述10-14
• 1.1 活性炭制备原料的选择10
• 1.2 活性炭的制备方法10-13
• 1.2.1 物理活化法10-11
• 1.2.2 化学活化法11-12
• 1.2.3 微波活化法12-13
• 1.3 活性炭在废水脱色中的应用13
• 1.4 甘蔗叶活性炭近期研究重点13
• 1.5 本章小结13-14
• 第2章 本文的研究思路及实验部分14-19
• 2.1 本文的研究思路14
• 2.2 本文的主要研究内容14-15
• 2.3 实验原料、化学试剂及仪器15-16
• 2.3.1 实验原料15
• 2.3.2 化学试剂15
• 2.3.3 主要实验仪器及设备15-16
• 2.4 甘蔗叶活性炭的制备16
• 2.5 甘蔗叶活性炭的性能测试16-18
• 2.5.1 甘蔗叶活性炭得率的测试16-17
• 2.5.2 甘蔗叶活性炭碘吸附值的测试17
• 2.5.3 热重(TG-DTG)分析17
• 2.5.4 扫描电子显微镜(SEM)分析17
• 2.5.5 傅里叶变换红外光谱(FI-RT)分析17
• 2.5.6 X-射线衍射(XRD)分析17-18
• 2.6 甘蔗叶活性炭对模拟碱性嫩黄染料废水的吸附18-19
• 2.6.1 碱性嫩黄溶液标准曲线的绘制18
• 2.6.2 碱性嫩黄去除率的测定18
• 2.6.3 甘蔗叶活性炭吸附容量的测定18
• 2.6.4 吸附等温线的测定18
• 2.6.5 吸附动力学的测定18-19
• 第3章 NH_4H_2PO_4活化甘蔗叶制备活性炭的工艺研究19-49
• 3.1 引言19
• 3.2 TG-DTG分析19-22
• 3.2.1 甘蔗叶的热重分析19-20
• 3.2.2 活化剂NH_4H_2PO_4的热重分析20-21
• 3.2.3 浸泡前后的甘蔗叶热重分析21-22
• 3.3 NH_4H_2PO_4活化制备甘蔗叶活性炭的单因素实验22-34
• 3.3.1 活化剂NH_4H_2PO_4浓度对活性炭得率及性能的影响22-25
• 3.3.2 液料比对活性炭得率及性能的影响25-27
• 3.3.3 活化温度对活性炭得率及性能的影响27-29
• 3.3.4 活化时间对活性炭得率及性能的影响29-31
• 3.3.5 浸泡时间对活性炭得率及性能的影响31-34
• 3.4 NH_4H_2PO_4活化法制备甘蔗叶活性炭的P-B实验34-37
• 3.4.1 P-B实验方案设计34
• 3.4.2 P-B实验结果分析34-35
• 3.4.3 甘蔗叶活性炭得率的主要影响因子筛选35-36
• 3.4.4 甘蔗叶活性炭碘吸附值的主要影响因子筛选36-37
• 3.5 NH_4H_2PO_4活化法制备甘蔗叶活性炭的响应面分析实验37-45
• 3.5.1 响应面实验方案设计37
• 3.5.2 响应面实验结果分析37-39
• 3.5.3 甘蔗叶活性炭得率的方差分析39-40
• 3.5.4 甘蔗叶活性炭碘吸附值的方差分析40-41
• 3.5.5 甘蔗叶活性炭的响应面交互作用分析41-44
• 3.5.6 甘蔗叶活性炭得率和碘吸附值的模型验证44-45
• 3.6 甘蔗叶活性炭的表征45-47
• 3.6.1 SEM分析45-46
• 3.6.2 FT-IR分析46-47
• 3.6.3 XRD分析47
• 3.7 本章小结47-49
• 第4章 甘蔗叶活性炭的清洁制备方法研究49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 制备甘蔗叶活性炭的节能研究49-53
• 4.2.1 不同添加剂对甘蔗叶活性炭碘吸附值的影响49-50
• 4.2.2 不同添加剂对甘蔗叶活性炭得率的影响50-51
• 4.2.3 活化温度对添加Ni(NO_3)_2制备的甘蔗叶活性炭碘吸附值的影响51-52
• 4.2.4 活化温度对添加Ni(NO_3)_2制备的甘蔗叶活性炭得率的影响52
• 4.2.5 两种甘蔗叶活性炭制备过程中能耗的对比分析52-53
• 4.3 制备甘蔗叶活性炭的节水研究53-54
• 4.4 添加Ni(NO_3)_2制备的甘蔗叶活性炭的表征54-57
• 4.4.1 TG-DTG分析54-55
• 4.4.2 SEM分析55-56
• 4.4.3 FT-IR分析56-57
• 4.4.4 XRD分析57
• 4.5 本章小结57-59
• 第5章 甘蔗叶活性炭对染料废水吸附性能的研究59-74
• 5.1 引言59
• 5.2 模拟碱性嫩黄染料废水的标准曲线59-60
• 5.3 投加量对活性炭去除碱性嫩黄效果的影响60
• 5.4 初始溶液pH对活性炭去除碱性嫩黄效果的影响60-61
• 5.5 吸附热力学研究61-66
• 5.5.1 吸附等温线61-64
• 5.5.2 吸附热力学参数64-66
• 5.6 吸附动力学研究66-72
• 5.6.1 温度对吸附动力学的影响66
• 5.6.2 吸附速率常数的研究66-69
• 5.6.3 碱性嫩黄在活性炭中扩散机理69-72
• 5.7 本章小结72-74
• 第6章 总结74-76
• 参考文献76-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文目录84-85
• 致谢85-86

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