半焦基活性焦的制备及对水溶液中的二价Pb和Cd离子的吸附性能研究
利用吸附法处理重金属废水时,煤基和生物质基颗粒状活性炭被广泛用作吸附剂。其中,煤基颗粒状活性炭具有产量高的优点,然而因煤的价格高而导致活性炭的制备成本高;而生物质活性炭虽然具有成本低的优点,但一般生产规模非常小,无法满足市场需求。因此,人们迫切开发高产量、低成本的活性炭,用来满足污水处理领域的巨大需求。因此,本文尝试以价格低廉、来源广泛的半焦粉为主要原料,以二氧化碳和水蒸气为活化剂制备柱状活性焦（一种特殊的活性炭）。主要研究包括,活性焦的制备工艺优化、活性焦对水溶液中Cd2+和Pb2+去除效果评价及吸附机理和动力学。具体研究内容及结果如下:（1）在活性焦的制备过程中,采用微波加热进行炭化前驱体所用时间仅为常规电加热炭化所用时间的1/35。压汞分析表明,微波炭化得到炭的孔渗透率比电加热得到炭的孔渗透率高出3倍多。（2）水蒸气活化法制备活性焦（H2O-AC）时,最优工艺条件为,活化温度为850℃、水蒸气流量为2m L/min、活化时间为240min。此条件得到的活性焦的碘吸附值达到725mg·g-1,收率为41.06%、抗压强度为43.10da N,耐磨强度为82.51%,比表面积为667m2·g-1,微孔孔容占总孔容的体积百分数为31.76%。FTIR分析结果表明活性焦表面均含有较丰富的-OH、-C=O官能团;Boehm滴定结果表明,碱性官能团含量为2.0008mmol/g;酸性酚羟基、内脂基、和羧酸基的含量分别为0.4530 mmol/g、0.1923mmol/g和1.3961mmol/g。（3）二氧化碳活化法制备活性焦（CO2-AC）时,最优工艺条件为,活化温度为950℃、二氧化碳流量为0.75L/min、活化时间为180min。此条件下得到的活性焦的碘吸附值为584mg·g-1,收率为38.33%,抗压强度为48.53da N,耐磨强度为85.15%,比表面积为505m2·g-1,微孔孔容占总孔容的体积百分数为48.26%。Boehm滴定结果表明,碱性官能团含量为2.0236mmol/g;酸性酚羟基、内脂基、和羧酸基的含量分别为0.1968mmol/g、0.7213mmol/g和1.1233mmol/g。（4）吸附性能研究表明,H2O-AC对Cd2+和Pb2+的饱和吸附量分别为3.98mg·g-1和20.90mg·g-1;CO2-AC对Cd2+和Pb2+的饱和吸附量分别为9.8mg·g-1和48.70mg·g-1。利用FTIR、XRD、TEM、SEM、EDS和XPS分析结表明,H2O-AC、CO2-AC对Cd2+和Pb2+的吸附主要是物理吸附,但还存在复杂的化学吸附。（5）吸附动力学研究表明,H2O-AC和CO2-AC对Cd2+和Pb2+的吸附符合准二级动力学吸附模型。Langmuir等温模型能较好的模拟H2O-AC和CO2-AC对Cd2+和Pb2+的吸附过程,也表明活性焦对Cd2+和Pb2+的吸附主要是物理吸附。
- 作者：
- 王颢玉
- 学位授予单位：
- 辽宁科技大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 徐国忠
- 中图分类号：
- TQ424.1；X703
- 关键词：
- 半焦粉；活性焦；铅离子；镉离子；吸附动力学
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