化学活化法油茶果壳活性炭的制备及性能研究

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油茶果壳木质素含量丰富,并具有独特的物理结构,是制备活性炭的优质原材料。本文分别采用H3PO4和KOH为活化剂,化学活化法制备了油茶果壳活性炭,并研究了所制备的油茶果壳活性炭对亚甲基蓝染料的吸附性能,同时研究了该油茶果壳活性炭的再生性能。在较低的炭化温度下,以NaOH为活化剂制备了具有更高比表面积,更强吸附性能的油茶果壳活性炭。较低的炭化温度可有效降低能耗,对环保具有重要意义。利用油茶果壳制备活性炭可提高油茶果壳的附加值,推进油茶果壳活性炭的商业化应用。本文的主要研究结果如下:(1)分别采用H3PO4和KOH为活化剂,不同工艺下化学活化法制备了油茶果壳活性炭,并对制得的活性炭得率、碘吸附性能、化学组成、微观形貌、比表面积、亚甲基蓝吸附及再生性能等进行研究。结果表明,油茶果壳活性炭得率随着活化温度的升高而降低,在400 oC~800 oC,得率分别从44.26%和16.55%降低为27.41%和5.30%,相同活化温度下,H3PO4系列活性炭的得率比KOH系列活性炭的要高;两种活性炭碘吸附性能均随活化温度的升高呈先提高后下降的变化趋势,在600 oC时,碘吸附量达到最大,分别为1695.28 mg/g和1100.33 mg/g,均达到了国家一级标准。微观形貌研究发现H3PO4系列活性炭具有更加完善的孔隙结构,KOH系列活性炭部分孔隙坍塌,可用来解释400~800 oC范围内,H3PO4系列活性炭碘吸附量始终高于KOH系列的现象。(2)对H3PO4系列油茶果壳活性炭的亚甲基蓝吸附及再生性能进行了探究,结果表明,H3PO4系列油茶果壳活性炭对亚甲基蓝的吸附量最高可达781.6 mg/g。H3PO4系列油茶果壳活性炭的再生效率随再生温度的增加而提高,较佳的炭化再生温度为600 oC,此时的再生效率为89.6%;H3PO4系列油茶果壳活性炭的再生效率随NaOH用量的增加呈先升高后下降的趋势,当碱炭比为2:1时,H3PO4系列油茶果壳活性炭再生效率达到最大,为99.6%,再生H3PO4系列油茶果壳活性炭的比表面积为1436.5m~2/g。(3)以NaOH为活化剂采用两步化学活化法制备了油茶果壳活性炭。对制备工艺、活性炭得率、亚甲基蓝吸附性能、比表面积和微观形貌等进行了研究。结果表明,NaOH活化法油茶果壳活性炭的较优制备工艺为炭化温度290 oC,碱炭比3:1,该条件下制得的活性炭比表面积可达2329.1 m~2/g。活性炭得率随炭化温度的升高而增大,从230 oC的11.1%增加到600 oC的26.4%。亚甲基蓝吸附性能随炭化温度的升高呈先提高后下降的变化趋势,炭化温度为290 oC时,活性炭亚甲基蓝吸附量达到最大,为1725.4 mg/g;活性炭吸附性能随NaOH用量的增加也呈先提高后下降的趋势,NaOH用量为碱炭比3:1时,其亚甲基蓝吸附量最大,为1573.6 mg/g;活性炭亚甲基蓝吸附性能随亚甲基蓝初始浓度的增加而增大,去除效率随亚甲基蓝初始浓度的增加而减小,当用25 mg剂量的活性炭吸附1400 mg/L的亚甲基蓝溶液时,吸附量最大为2025mg/g。
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