【摘 要】
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活性炭具有比表面积大、孔隙率高和表面含氧官能团丰富等优点,使得其在各种气体和液体的吸附分离方面具有极大应用前景。在能源和资源紧缺、环境恶化的当下,能源和资源的清洁
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活性炭具有比表面积大、孔隙率高和表面含氧官能团丰富等优点,使得其在各种气体和液体的吸附分离方面具有极大应用前景。在能源和资源紧缺、环境恶化的当下,能源和资源的清洁与循环利用,使得活性炭的制备原料向废弃物再次利用方向发展,如含木质素纤维素类植物废弃物、废弃包装纸箱、污泥等。能将生活废弃物循环利用是活性炭在吸附剂领域的巨大优势,它的制备和应用也因此受到广泛重视。随着环保法规的日益严格,低硫或无硫汽油的生产己成为炼油企业面临的极大挑战。我国从2014年开始全面实行国IV车用汽油硫含量标准(≯50μg/g),并计划于2016年执行国V硫含量标准(≯10μg/g)。因此,研究和开发高效的脱硫方法具有重要意义。本文以木屑、椰壳纤维、包装纸箱、棕榈叶子、油枯、玉米杆等生活废弃物为原料,以KOH、H3PO4、H2SO4为活化剂,采取炭化与活化同步进行(一步法)和先炭化后活化(两步法)两种方法制备了一系列活性炭,通过静态吸附脱硫实验研究了制备方法、活化剂、活化剂剂量、活化温度和活化时间等制备条件对活性炭吸附脱硫性能的影响。实验结果表明:以木屑为原料,采取一步法,KOH作活化剂,在KOH:木屑的质量比为3.5,活化温度为700℃,活化时间1h的条件下,制备的活性炭吸附脱硫性能最佳;用最佳条件下制备的活性炭对模拟油中的二苯并噻吩(DBT)在常温下吸附24h后,其硫容量达24.5mg/g。文中对木屑、椰壳纤维、包装纸箱、棕榈叶子、油枯、玉米杆等6种生活废弃物原料中的纤维素和木质素含量进行了测定;采用Boehm滴定法对不同条件下制备的活性炭中含氧官能团的量进行了分析对比;并对活性炭采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、比表面积(BET)、扫描电镜(SEM)等一系列手段进行了表征。以含有一定量DBT的正辛烷为模拟油,分析了影响活性炭吸附脱硫性能的关键因素。实验结果表明:制备活性炭的原料中木质素含量越高,活性炭吸附脱硫效果越好;KOH活化条件下制备的活性炭表面孔结构更丰富,比表面积更大;以木屑为原料,KOH为活化剂,采用一步法在最佳条件下制备的活性炭中羰基含量最高,羰基是很好的电子接受体,而DBT分子结构中存在孤对电子,两者可以形成电子给受体络合物,所以活性炭表面羰基含量最高,吸附硫容量越大。本文对木屑为原料制备的活性炭吸附DBT进行了 Langmuir、Freundlich、Dubinin-Radushkevich(D-R)三种等温吸附模型分析,并根据准一级速率方程模型、准二级速率方程模型、Langmuir模型研究活性炭吸附DBT的吸附动力学,研究发现:活性炭吸附DBT符合Langmuir模型,其吸附动力学可采用准一级速率方程描述。本文在最佳条件制备的活性炭从正辛烷中吸附DBT最大单层吸附容量达93.5mg/g;活性炭吸附脱硫过程是自发过程。
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