化学活化制备花椒籽废渣活性炭及其吸附性能研究

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花椒籽废渣是花椒和花椒籽加工的废弃物,主要成分为木质素、纤维素等,是制备活性炭的良好原料。本文以花椒籽废渣为原料,利用化学活化法制备活性炭并研究了其对有机染料和重金属离子的吸附行为。具体包括以下内容:1.用花椒籽废渣作原料,以K2CO3为活化剂制备花椒籽废渣活性炭(KAC),采用FT-IR,SEM,TG,EDS,XRD和N2-气体吸附法对其进行表征。讨论了浸渍比(m(K2CO3):m(花椒籽废渣))、浸渍时间、活化温度和活化时间对KAC制备的影响,研究了KAC对对硝基苯酚(p-NP)的吸附行为。结果表明在浸渍比0.8,浸渍时间12 h,活化温度550℃(空气气氛),活化时间60 min时,KAC的产率为25.2%,比表面积为1210 m2/g,碘值为1002 mg/g,灰分为2.2%,水分为6.6%,亚甲基蓝(MB)的吸附量为362 mg/g。在293 K,pH=8.0的条件下,KAC对p-NP的吸附在180 min后,趋于平衡,p-NP的最大吸附容量为406.020 mg/g。吸附可用Langmuir等温方程较好模拟,(35)H为-13.196 kJ/mol,(35)S为-36.565 J/(mol·K),KAC对p-NP的吸附为自发的放热过程。吸附符合准二级动力学模型。2.用花椒籽废渣为原料,以H3PO4为活化剂制备花椒籽废渣活性炭(HAC),采用FT-IR,SEM,EDS,XRD和N2-气体吸附法对其进行表征,讨论了浸渍比(m(H3PO4):m(花椒籽废渣的质量))、浸渍时间、活化温度和活化时间对HAC制备的影响,研究了HAC对MB的吸附行为。结果表明在浸渍比0.4,浸渍时间10 h,活化温度550℃,活化时间60 min时,HAC的产率为23.4%,比表面积为740 m2/g,总孔体积0.35 cm3/g,平均孔径1.20 nm。在MB初始浓度为500 mg/L,温度323 K,p H=9.0的条件下,HAC对MB的吸附在90 min后趋于平衡,MB的最大吸附量为449.402 mg/g。HAC对MB的吸附过程可用Langmuir等温方程较好的拟合。(35)H为20.443 kJ/mol,(35)S为81.319 J/(mol·K),反应为吸热过程。吸附过程符合准二级动力学模型。3.用HNO3氧化花椒籽废渣活性制备改性活性炭KAC-N和HAC-N,采用FT-IR,SEM,EDS,XRD、N2-气体吸附法对KAC-N和HAC-N进行了表征。KAC-N和HAC-N比表面积分别为743 m2/g和646 cm2/g,总孔体积分别为0.43cm3/g和0.24 cm3/g。用改性后的活性炭吸附双组份中的Cu2+、Ni2+和Cu2+、甲基橙(MO),结果表明Cu2+-Ni2+和Cu2+-MO双组份的吸附热力学可用Sips方程较好地拟合,吸附动力学符合准二级动力学方程。
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