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活性炭是一种优良的吸附剂,因为其具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积、稳定的化学性能和良好的再生性,已经被广泛应用于工业生产和人们生活中。而近年来,随着社会经济的发展以及人们对于生态环境的重视及健康意识的增强,使得活性炭作为一种应用普遍的功能性材料,其需求量也更多更广。因此,寻求一种价廉易得的原料和简单高效的活化工艺来制得高比表面积活性炭也已经成为研究热点。 本研究首先利用废弃的生物质资源咖啡渣为原料,以 KOH活化剂,通过正交实验和拓展实验研究炭化温度(Tc)、活化时间(ta)、活化温度(Ta)、碱炭比(Rkc)对活性炭比表面积的影响。基于活性炭性能和能源消耗的考虑,活化时间和活化温度均不应过长过高。以碱炭比为3:1,炭化温度为450℃,活化时间为100min,活化温度为900℃下制备出的活性炭BET比表面积达到2111m2/g。通过元素分析仪得到生物质咖啡渣的含碳量达到57.23%,符合作为活性炭制备原料的基本条件,而经过炭化活化后,样品含碳量均提高到80%左右。之后通过氮气吸脱附曲线、傅里叶红外光谱仪和扫描电子显微镜分析了其孔径状况、表面官能团和表面形貌。采用循环伏安法和恒流充放电法对活性炭样品的比电容进行测试,简单了解其催化性能,并通过比表面积和比电容之间的线性回归分析,得出循环伏安法更适于评价电极材料的比表面积。 拓宽活性炭原材料的来源,运用KOH碱化法在较低的活化温度(750℃)和较短的活化时间(60min)下制备出辣椒秸秆活性炭(CSAC),比表面积达到1724m2/g。将其运用于对金属锌离子废水和染料亚甲基蓝(MB)废水的吸附处理。通过单一吸附研究了溶液pH值对Zn(II)在活性炭上的吸附影响,当温度为20℃,初始浓度为1.1mmol/L,取30mL溶液,活性炭投加量为30mg, pH值为6时, Zn(II)的去除率最大,吸附容量达到0.72mmol/g。并采用Langmuir和Freundlich模型来分别拟合Zn(II)和MB等温吸附过程,发现活性炭(CSAC)对Zn(II)和MB的等温吸附过程更符合Langmuir吸附模型,说明了吸附主要以单分子层形式进行。在共吸附过程中,Zn(II)浓度保持一定时,随着MB的浓度逐渐增加,二者的吸附总容量持续增长。表明Zn(II)和MB分子之间具有显著的协同作用。当MB的浓度一定时,随着Zn(II)浓度的增加,二者的吸附总容量保持恒定,达到最大平衡值。采用准一级动力学模型和准二级动力学模型来考察Zn(II)和MB各自单一吸附和相互影响的吸附动力学行为,准二级动力学模型能更好的拟合Zn(II)吸附、MB吸附及MB和Zn(II)的共吸附过程。Zn(II)对MB吸附的影响远远小于MB对Zn(II)吸附的影响,表明有机物MB比无机物Zn(II)更容易被吸附到活性炭(CSAC)上。 总之本论文提出了以KOH制备生物质活性炭,对废弃的生物质资源化利用,拓宽了制备活性炭的材料来源,为后续含碳水化合物的废弃农作物生物质的循环利用以及活性炭的理论研究和生产实践提供了新思路。将制备的活性炭应用于金属废水和染料废水的吸附处理过程中,这对实现工业混合废水的减量化排放和发展循环经济具有重要的意义。