加拿大一枝黃花活性炭制備及其Cd(Ⅱ)吸附性能的研究.pdf

1、加拿大一枝黃花是一種外來入侵植物，因其繁殖力強(qiáng)而迅速擴(kuò)散蔓延，已嚴(yán)重威脅到我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、綠化及生態(tài)環(huán)境。在我國(guó)長(zhǎng)三角地區(qū)受害程度尤為嚴(yán)重，其產(chǎn)量具有相當(dāng)大的規(guī)模。加拿大一枝黃花的主要成分為纖維素和木質(zhì)素，是一種優(yōu)良潛在的活性炭制備前軀體，將其作為活性炭生產(chǎn)的原料可降低制造活性炭成本，又能有效減少固體廢棄物，降低環(huán)境壓力。針對(duì)電加熱法升溫緩慢，活化時(shí)間長(zhǎng)等缺陷，本論文以加拿大一枝黃花為原料，KOH為活化劑，分別采用微波活化法與電加熱法制備

2、活性炭，考察其吸附性能的差異，并應(yīng)用生命周期評(píng)價(jià)方法對(duì)兩種加工過程進(jìn)行能耗與碳排放方面的環(huán)境影響研究。
　　 在活性炭的制備過程中，通過對(duì)原料熱重分析，確定了碳化溫度為400℃，碳化時(shí)間選擇90min，活化階段使用微波加熱和電加熱兩種方式，分別確定了兩種加熱方式的最佳工藝條件。微波法最佳工藝條件為堿碳比2g/g、輻射時(shí)間6min及微波功率700W;最佳條件下制備的活性炭亞甲基藍(lán)吸附值、碘吸附值及活化產(chǎn)率分別為302.4mg/g，

3、1470.3mg/g及53.8％。電加法最佳工藝條件為堿碳比3g/g、活化溫度800℃及活化時(shí)間90min;最佳條件下制備的活性炭亞甲基藍(lán)吸附值、碘吸附值及活化得率分別為436.5mg/g、2153.6mg/g和46.9％。
　　 在77K下，用比表面積測(cè)定儀測(cè)定了活性炭的N2吸附-脫附等溫線，通過BET法計(jì)算其比表面積、孔容和孔徑，分析了H-K微孔分布和DFT全孔分布，兩種方法制備的活性炭與國(guó)藥相比，微波法活性炭(MWAC)具

4、有更多的微孔容量，電加熱法活性炭(ETAC)具有更大的比表面積。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射分析儀以及紅外光譜儀對(duì)兩種工藝最佳條件下制備的活性炭和國(guó)藥活性炭進(jìn)行了表征，分析其表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)官能團(tuán)等。
　　 以最佳條件下制備的MWAC和國(guó)藥活性炭(GYAC)為吸附劑，處理模擬水溶液中的鎘離子，研究活性炭投加量、溶液初始濃度、溶液初始pH及吸附時(shí)間對(duì)活性炭吸附量的影響，分別采用Langmuir和Freund

5、lich吸附等溫線方程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明Langmuir等溫線能較好地描述鎘離子在活性炭上的吸附平衡。應(yīng)用準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型分析了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能更好地描述吸附過程。
　　 論文探討了活性炭的循環(huán)使用。利用微波再生法進(jìn)行活性炭的再生，研究微波功率、微波輻射時(shí)間及酸度對(duì)活性炭再生的影響，確定最佳工藝條件為微波功率700W、輻射時(shí)間5min及酸度pH為2，此時(shí)再生后的活性炭相對(duì)初始活性炭的吸附

6、量約為97％。
　　 最后，通過生命周期評(píng)價(jià)軟件GaBi4考察了兩種活性炭制備過程對(duì)能耗和碳排放等的影響，分析結(jié)果顯示微波法對(duì)環(huán)境的影響明顯優(yōu)于電加熱法，而電加熱法之所以對(duì)環(huán)境影響大，是因?yàn)樵诨罨A段的電消耗及活化劑用量大。
　　 總之，本論文提出了加拿大一枝黃花資源化的新途徑，微波活化法制備活性炭工藝相對(duì)電加熱法可以提高活性炭制備的效率，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，制備的活性炭具有更多微孔結(jié)構(gòu)，具有更大吸附量，將其用于處理