磁性花生殼基活性炭的制備及其吸附性能研究.pdf

1、活性炭作為一種孔隙結構豐富、比表面積巨大的碳質(zhì)吸附材料，被廣泛應用于工業(yè)、國防、交通、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護等領域。但活性炭在應用中分離回收困難，傳統(tǒng)的過濾法容易導致篩網(wǎng)堵塞或活性炭流失。與之相比，磁分離技術具有方便、快捷、質(zhì)高、價廉等優(yōu)點，因此磁性活性炭的研制成為當今活性炭領域的研究熱點之一。我國是活性炭生產(chǎn)大國，大量的活性炭都以煤為原料進行生產(chǎn)。在能源危機和環(huán)境問題日益嚴重的今天，利用工業(yè)廢料和農(nóng)業(yè)廢棄物制備活性炭，以謀求廉價原料的探索

2、日益受到重視。
　　本論文以花生殼為原料，碳酸鉀(K2CO3)為活化劑，四氧化三鐵(Fe3O4)為賦磁劑，通過一步法賦磁制備了磁性花生殼基活性炭，研究了K2CO3和Fe3O4共存條件下磁性活性炭多孔結構及磁體Fe3C的形成機理，并考察了所制磁性活性炭對重金屬Pb(Ⅱ)和亞甲基藍染料的吸附特性，探討了相關的吸附機理。論文的主要研究內(nèi)容與結論如下:
　　1.磁性花生殼基活性炭的一步法制備研究
　　以花生殼為原料，碳酸鉀(K

3、2CO3)為活化劑，四氧化三鐵(Fe3O4)為賦磁劑，通過調(diào)控活化劑K2CO3、賦磁劑Fe3O4與花生殼比例、碳化溫度和時間、活化溫度和活化時間等因素，對磁性花生殼基活性炭的一步法制備工藝條件進行了優(yōu)化。研究結果:當花生殼、K2CO3和Fe3O4的質(zhì)量比為10∶5∶0.5,炭化溫度300℃、碳化時間1h，活化溫度750℃、活化時間1.5 h，所得磁性花生殼基活性炭的碘值為1228 mg/g,亞甲基藍值為395 mg/g，BET比表面積為

4、1219 m2/g，總孔容積為0.5767 cm3/g，磁體為碳化鐵(Fe3C)。
　　2.K2CO3和Fe3O4共存條件下磁性活性炭多孔結構和磁體Fe3C形成機理研究
　　利用熱失重(TG-DTG)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、比表面積和孔徑分布等分析手段研究了K2CO3和Fe3O4添加前后浸漬樣、碳化樣和活化樣的形貌、孔結構和表面官能團的變化規(guī)律，結合浸漬、炭化和活化階段含鉀和

5、含鐵中間體的變化，闡明磁性活性炭多孔結構發(fā)展和磁體Fe3C演變機制。研究結果表明:K2CO3的引入在浸漬階段使花生殼的部分結構遭到破壞;在碳化過程中，K2CO3的引入改變了花生殼的碳化行為，使得最大失重峰從350℃移動到255℃，并發(fā)展出初始的孔結構。在活化階段，K2CO3不僅發(fā)展了豐富的微孔結構，而且促進了Fe3O4向Fe3C的轉變;Fe3O4在提供鐵源的同時起到活化促進劑的作用，進而提出了磁體Fe3C的三步演變機理，即Fe3O4→F

6、eO→Fe→Fe3C。
　　3.磁性花生殼基活性炭對重金屬Pb(Ⅱ)和亞甲基藍染料的吸附研究
　　分別以重金屬Pb(Ⅱ)和亞甲基藍染料為吸附質(zhì)，所制磁性花生殼基活性炭為吸附劑，研究了pH、吸附時間、吸附劑投加量、吸附質(zhì)初始濃度、溫度等因素對磁性花生殼基活性炭吸附性能的影響，通過動力學和熱力學等模型擬合探討了相關的吸附機理。研究結果表明:
　　(1)在低濃度條件下Pb(Ⅱ)在磁性花生殼基活性炭上的吸附僅需8h達到平衡，而

7、高濃度需要14h。在pH大于2時， Pb(Ⅱ)吸附量和去除率急劇增加。準二級動力學模型能很好地擬合磁性花生殼基活性炭吸附Pb(Ⅱ)的動力學實驗數(shù)據(jù)。Langmuir模型可以很好地描述磁性活性炭對Pb(Ⅱ)的吸附過程，在20℃其單分子層最大飽和吸附量為143.88mg/g。
　　(2)磁性花生殼基活性炭對亞甲基藍(MB)的吸附初期很快，2h后基本達到吸附平衡。pH對吸附的影響較小，在pH2.0-9.0范圍內(nèi)吸附量無明顯變化。準二級動