柚皮基活性炭对Pb2+和苯酚吸附行为的研究

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本文以柚子皮为原材料,选用Zn Cl2和H3PO4作为活化剂,通过不同制备条件(改变活化温度和活化时间)制备四种柚皮基活性炭,并采用SEM-EDS、N2吸附、FT-IR分析、热重(TG和DTG)分析、XPS分析和Boehm滴定表征方法,研究了柚皮基活性炭表面物理、化学性质;通过调整不同吸附条件(吸附质初始溶液浓度和吸附时间),考察吸附Pb2+和苯酚吸附的单因素行为影响,并用伪一级、伪二级和Elovich动力学模型拟合吸附数据考察其机理;采用控制离子强度和p H一定的方法探究Pb2+和苯酚、Pb2+和Cu2+的竞争吸附实验,并与各自单一组分吸附作对比,将竞争吸附数据分别用Langmuir、Temkin和Freundlich等温方程模型进行拟合。在考察影响吸附的表面官能团时,分别对Z-800-30和H-800-90进行表面改性,并将改性前后的样品做了N2吸附、FT-IR表征和Boehm滴定实验,以探究改性后的样品表面化学性质。经以上研究,得出下列结论:(1)通过EDS和XPS分析,得出柚皮基活性炭的主要组成元素及含量,磷酸活性炭的O含量较高;由N2吸附分析结果可以得出活化剂类型对活性炭孔结构影响最大,活化时间影响较小;FT-IR分析和Boehm滴定表明磷酸活性炭含有更多的表面含氧官能团;热重分析证明四种活性炭的热稳定性较强。(2)通过改变不同的吸附条件可以得出,四种柚皮基活性炭吸附Pb2+的平衡时间约600min,吸附苯酚的平衡时间约300min,磷酸活性炭对于Pb2+的吸附量远高于氯化锌活性炭,而氯化锌活性炭则对苯酚的吸附效果较好。在较低浓度范围内,Pb2+和苯酚的去除率随初始浓度的升高而升高,在较高浓度下,去除率随初始浓度的升高而降低。(3)Elovich模型更适合描述四种柚皮基活性炭吸附Pb2+的过程和氯化锌活性炭吸附苯酚的过程,伪二级模型更适合描述磷酸活性炭对于苯酚的吸附过程。(4)Temkin模型更适合描述四种双组分竞争吸附过程。苯酚的存在对Pb2+的吸附基本没有影响,而Pb2+共存时会抑制苯酚的吸附;Cu2+和Pb2+存在较强的竞争关系,二者相互抑制。(5)羧基是含氧官能团中起主要作用的官能团,会抑制苯酚的吸附,促进重金属离子的吸附。
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