废弃花叶基活性炭材料的制备及其吸附性能研究

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工业化程度的日益加深和社会经济的不断繁荣为我们的日常生活带来了方便和舒适,与此同时,我们赖以生存的生态系统也遭受了严重的破坏,尤其是水域生态系统遭到了极大的污染。活性炭,具有较高的比表面积和良好的吸附性能,常被用作吸附剂来处理工业废水。但其由于原料成本较高,在制备和应用方面都受到了一定的限制。本文致力研究于廉价、无毒的生物质活性炭的制备及其在水处理中的应用。为了保证原料的丰富和降低原料的价格,炭前驱体可以采用废弃生物质,不但避免资源的浪费,还减缓环境的污染。即:使用天然废弃生物质泡桐花、银杏叶为前驱体,制备具有优良吸附性能的生物质活性炭材料,并在保证吸附性能的基础上,通过进一步改性,制备能够被快速、简易分离的磁性活性炭。同时,将制备得到的炭材料吸附剂应用于处理模拟染料废水、重金属离子废水、含磷废水等方面的研究。论文的主要内容包括以下几部分:首先,从如何制备高比表面积的生物质活性炭着手,探讨了制备的影响因素(如:原料和活化剂的选择、浸渍比、碳化温度等)、在吸附过程中涉及到的吸附动力学、吸附热力学模型的拟合及今后研究的趋势。第二,采用废弃的泡桐花和银杏叶为前驱体,通过一步碳化活化法分别制备了泡桐花基活性炭(PFAC)和银杏叶基活性炭材料(GLC)。采用红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)、透射电镜(TEM)以及热重分析(TG)对PFAC和GLC的结构、微观形态进行了表征和分析。基于上述表征结果,提出并详细的阐述了造孔机理。结果表明:所制备的炭材料具有较高的比表面积,且为多级孔活性炭。第三,以亚甲基蓝和苯酚为吸附质模型,研究了泡桐花基活性炭的吸附性能,探讨了吸附过程中的各项影响因素,并对其吸附热力学和动力学进行了研究。结果表明:PFAC对300 mg/L的MB脱色率高达99.97%,PFAC对50 mg/L的C6H5OH的去除率高达99.46%,处理后废水可达到排放标准。吸附热力学符合Langmuir等温模型,为单层吸附。吸附动力学符合准二级动力学模型,化学吸附占主导地位。GLC对600 mg/L的MB脱色率高达99.87%,最大吸附容量为599.27 mg/g,达到排放标准。吸附热力学符合Freundlich等温模型,为非均相吸附,且吸附易于进行。吸附动力学符合准二级动力学模型,化学吸附占主导地位。第四,采用银杏叶基活性炭为原料,通过共沉淀法制备了银杏叶基磁性活性炭(MG)。采用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)、热重(TG)等对MG的结构、微观形态进行了表征和分析。结果表明:所制备的炭材料具有较好的吸附性能和磁性能。第五,以Cu2+和磷酸盐为吸附质模型,研究了银杏叶基磁性活性炭的吸附性能,探讨了吸附过程中的各种影响因素,并对其吸附等温模型和动力学进行了研究。结果表明:MG对Cu2+和磷酸盐的去除率分别达到97.72%和98.53%。吸附热力学符合Freundlich等温模型,为非均相吸附,且吸附易于进行。吸附动力学符合准二级动力学模型,化学吸附占主导地位。总之,本文以废弃生物质为原材料(炭前驱体),经过一步活化碳化法制备了三种活性炭材料。制备的活性炭材料具有比表面积高、吸附性能好等特点,是一种有效的治理废水污染的廉价吸附剂。
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