黑液木质素/芬顿铁泥基磁性活性炭的成磁机理与性能研究

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在传统的活性炭使用过程中,粉末活性炭在吸附后如何从液体中分离、回收是一个巨大的问题。普通的粉末活性炭从水体中分离的办法是过滤或者离心,这个操作在一定程度上会限制粉末活性炭在废水处理中的大规模应用。因此,通过引入磁性物质将粉末活性炭转化为磁性活性炭(MAC),在外加磁场的条件下具有良好的分离性能,是目前解决粉末活性炭应用瓶颈的关键技术之一。首先,以酸析木质素为碳源,芬顿铁泥为铁源,KOH为活化剂,采用一步法热解制备出MAC。结果表明:在浸渍比为2,混合比为0.5和1时,热解温度为800℃,保温时间为1h时制得了性能较好的MAC。其中MAC0.5-2的比表面积达到1099 m~2/g,饱和磁化强度为32.7 emu/g;MAC1-2的比表面积为671 m~2/g,饱和磁化强度为64.8emu/g。添加KOH会促使MAC微孔的形成,而提高混合比的会导致微孔以及多孔碳壁坍塌扩散成介孔。SEM图像显示MAC中的磁性颗粒会堵塞MAC中的孔隙,TEM图像表明提高芬顿铁泥含量会促使更大直径的磁性颗粒生成。其次,MAC中的磁性颗粒主要为Fe3O4和α-Fe,这两者物质主要是通过木质素在热解过程中产生的CO和H2还原芬顿铁泥中的铁氧化物产生的。在MAC的制备中,KOH的加入会加剧CO和H2的释放,促进铁氧化物的还原,使MAC具有更强的磁性。再次,研究了MAC对MB的吸附行为。实验表明,MAC0.5-2和MAC1-2对MB具有良好的吸附性能,饱和吸附量分别达到了307.2 mg/g和184.1 mg/g。吸附动力学实验表明MAC对MB吸附过程更符合准二级速率方程。吸附等温实验表明MAC对MB的吸附过程更符合Sips等温模型,MB在MAC上的吸附过程发生在均匀和非均匀的表面。相比于MAC1-2,MAC0.5-2对于MB有更好的吸附性能。p H值影响实验、吸附热力学实验和FTIR分析表明MAC对的吸附机理主要为范德华力和静电吸引。MAC0.5-2和MAC1-2经过五个吸附/解吸(乙醇)的循环后,吸附容量分别达到了初始容量的84.0%和94.1%,说明所制备的磁性活性炭具有良好的回用性能。最后,对吸附饱和的MAC0.5-2进行了热活化过硫酸盐再生。当MAC浓度为1.5g/L时,采用热活化过硫酸钠再生MAC0.5-2的最佳条件为:初始p H值为5.3(即不调节溶液p H值),再生温度为70℃,再生时间为3h,过硫酸钠浓度为52.52 mmol/L时,MAC的最佳再生效率为71.31%。通过对MAC0.5-2进行五个吸附/再生(热活化过硫酸钠)的循环后,MAC0.5-2的再生效率为55.22%。因此,热活化过硫酸钠再生是一种潜在的高效再生磁性活性炭的方法。
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