多孔碳材料制备及甲苯吸附性能研究

来源 :重庆工商大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zbrichard
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废弃生物质为原料制备活性炭材料,应用于甲苯吸附消除处理,能实现废弃生物质的资源化和高值化利用,能有效缓解废弃生物质不当处理引发的环境问题,缓解活性炭制备原料对煤和石油副产品等不可再生资源的依赖问题;同时,能为空气中挥发性有机物(VOCs)消除提供高性能吸附材料,实现“以废治废”的目的。活性炭材料对VOCs具有一定的饱和吸附量,通过表面改性能提升其对VOCs的吸附性能,提高活性炭材料使用效率,使其具备更好的实际应用价值。本文以废弃花椒枝丫为原料,H3PO4为活化剂,制备了生物质活性炭吸附剂。采用扫描电镜(SEM)、N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman Spectra)技术,研究了所制备生物质活性炭吸附剂的物理化学性质,并考察了升温速率和活化温度对吸附剂甲苯吸脱附性能的影响。引入CuO物种对活性炭进行表面改性,研究了CuO的表面修饰对甲苯吸附性能的影响。主要获得以下结论:1、活化温度能显著影响生物质活性炭吸附剂的结构特性和表面化学性质,吸附剂的甲苯吸附和可再生性能显著受其结构特性和表面官能团共同作用。较高的热脱附温度(150℃)才可破坏吸附剂表面含氧官能团的氧原子与甲苯芳香环P轨道电子间的强相互作用;而60℃的低温热处理就可破坏窄微孔对甲苯分子的强吸附力,以及吸附剂与甲苯分子间p-p共轭效应。当升温速率为10℃/min,活化时间为180 min,活化温度为650℃时,BAC650吸附剂的介孔占比为65.5%,介孔占主导的微-介孔结构使其甲苯吸附性能优于文献所报道的其它活性炭材料,甲苯吸附量可达417.0 mg/g,且60℃热脱附可实现再生,是一种极具应用前景的吸附剂。2、调控制备生物质活性炭吸附剂的升温速率,可实现对吸附剂结构特性和表面化学性质的有效调控,其将直接决定吸附剂的甲苯吸附和再生性能。通过升温速率的调变,制得具有典型微-介孔结构的吸附剂,微-介孔结构独特的空间效应使其具有优异的甲苯吸附性能。同时,所制备的吸附剂具有优异的可再生性能,低温(£150℃)热脱附甚至是常温(20℃)空气吹扫即可实现再生。当制备物质活性炭的活化温度为600℃,活化时间为180 min,升温速率为10℃/min时,制得的BAC10吸附剂的甲苯吸附量可达360.0 mg/g,显著高于文献所报道的其它吸附剂,并具有良好的可再生性能。3、活性炭表面引入CuO物种能显著提升其甲苯吸附性能,CuO/AC吸附剂表面的CuO物种与甲苯分子结合形成p络合键,增加了活性炭表面的活性吸附位,从而增强了活性炭对甲苯分子的吸附性能;且CuO含量能显著影响CuO/AC吸附剂的甲苯吸附性能。CuO物种含量为0.3%的CuO/AC吸附剂显示出最佳的甲苯吸附性能,甲苯吸附量高达701.8 mg/g(空白活性炭为406.1mg/g)。同时,热脱附温度为200℃时,再生效率可达92.8%。
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