活性炭基脱硫剂的制备及性能研究

为考察活性炭（AC）脱硫剂对H2S吸附去除性能的影响,以活性炭为载体,采用浸渍法制备负载氢氧化钠（NaOH）和铜酞菁（CuPc）的活性炭基脱硫剂。实验得到各对照组AC的H2S穿透时间和饱和硫容的变化规律。结果显示,负载质量分数为0.025%~0.250%的CuPc可以在一定程度上提高活性炭的穿透硫容,但饱和硫容与空白组相比没有明显差异;负载质量分数为10%的NaOH,活性炭的穿透时间为180 min,饱和硫容达到789.7 mg/g,比空白组提高了60%;负载10%的NaOH和0.250%的CuPc,AC的穿透时间为230 min,饱和硫容为730.0 mg/g,比单独负载10%的NaOH穿透时间提高20%。     

高比表面植物基活性炭吸附水中对硝基苯胺的性能及影响因素

以互花米草与棉秆为原料,以KOH为活化剂,制备了2种低成本高比表面微孔植物基活性炭SA-AC和CS-AC,通过静态实验研究了其对水溶液中对硝基苯胺的吸附特性,测定了溶液pH值、吸附剂剂量、溶液温度对吸附的影响,并探讨了等温吸附行为及其热力学性质.结果表明,在KOH与炭化料的质量比(剂料质量比)为3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1.5 h条件下,活化制备的互花米草活性炭SA-AC和棉秆活性炭CS-AC的比表面积分别为2 825 m2.g-1和2 135 m2.g-1,微孔容积分别为1.192 cm3.g-1和1.011 cm3.g-1,对水溶液中对硝基苯胺的Langmuir最大吸附量分别为719和716 mg.g-1,远高于商业活性炭ST1300.溶液pH值和温度对吸附有较大影响,在低温及中性条件下有利于制备活性炭对水溶液中对硝基苯胺的吸附.Freundlich与Redlich-Peterson模型能很好地描述对硝基苯胺在2种活性炭上的吸附行为;热力学研究表明,吸附标准吉布斯自由能变ΔG0与标准焓变ΔH0均为负值,表明对硝基苯胺在这2种活性炭上的吸附属于自发的放热吸附过程;吸附标准熵变ΔS00,说明对硝基苯胺在活性炭表面上的迁移比在溶液中受到了更大的限制.     

炭化温度对废旧布袋制备活性炭性能的影响及其表征

以水泥厂废旧除尘布袋为原料,KOH为活化剂制备了活性炭.利用热重分析法(TG-DTG)对废旧布袋热解过程进行分析;重点考察了不同炭化温度(400、450、500、550和600℃)对废旧布袋制备活性炭的产率及活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值的影响;同时采用N2吸附等温线对最佳工艺条件制备的活性炭孔隙结构进行了表征.研究结果表明,500℃为最佳炭化温度.最佳炭化温度下制备的活性炭,碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和产率分别为1350.72 mg·g-1、97.5 mg·g-1和20.16%.活性炭比表面积高达1228.51 m2·g-1,总孔容达0.7134 cm3·g-1,孔径分布以微孔居多,N2吸附等温线为I型.     

KOH活化法制备牛粪活性炭的研究

以牛粪为原料,采用KOH活化法制备活性炭,并考察了浸渍比、活化剂浓度、活化时间和活化温度等不同制备条件对牛粪活性炭样品性能的影响.实验结果表明,在浸渍比1∶4、KOH质量分数35%、活化时间60min、活化温度700℃条件下制备的活性炭性能最佳,制得的活性炭比表面积为979.8m2·g-1,碘吸附值可达796.37mg·g-1,亚甲基蓝吸附值可达150.30mg·g-1.最后,将制备的牛粪活性炭应用于对Cr(Ⅵ)的吸附,研究了最佳工艺条件下制备的活性炭吸附Cr(Ⅵ)的适宜条件.结果表明,在投加量为8g·L-1时、吸附时间90min、pH值为5和较低温度的适宜条件下,自制牛粪活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附量最大.     

污泥基活性炭的制备、表征及其应用

以城市生活污水厂脱水车间污泥为原料,采用化学活化法(ZnCl2为活化剂)在活化剂浓度为45%、活化温度为600℃、浸渍温度为45℃、活化时间为50min条件下制备污泥基活性炭。对污泥基活性炭进行了孔结构、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、XRD等表征分析。结果表明:该条件下制备出的污泥基活性炭碘吸附值为427.51mg/g,比表面积为329.48m2/g,大孔、中孔、微孔容积分别为0.19,0.12,0.15cm3/g。平均孔径为3.953nm。将其应用于生活污水处理,考察了污泥基活性炭投加量、pH、吸附时间对其吸附性能的影响。     

响应面法优化制备污泥基活性炭

利用响应面法进行试验设计,选定炭化温度、升温速率、炭化停留时间及保护气体流量为影响因素,对利用污水厂二次污泥制备污泥基活性炭的工艺条件进行优化.通过响应面法得到了污泥基活性炭的碘吸附值与4种因素之间的非线性回归方程,确定了制备污泥基活性炭的最优工艺条件为:炭化温度530℃、升温速率17℃·min-1、炭化停留时间22 min、保护气体流量280 m L·min-1.在最优条件下,制备的污泥基活性炭碘吸附值为675.9 mg·g-1,比表面积为639.5 m2·g-1,平均孔径为4.1 nm,中孔孔径为3~5 nm;羧基、内酯基和酚羟基含量分别为1.625、0.125和0.375 mmol·g-1,更适合吸附大分子污染物和金属离子.     

壳聚糖改性污泥活性炭的脱硫脱硝性能

用壳聚糖改性污泥活性炭,测试分析了改性污泥活性炭的脱硫脱硝性能.同时,用N2吸脱附法、电子扫描电镜、傅立叶变换红外光谱及X衍射等技术对改性污泥活性炭进行了表征,研究了改性条件对污泥活性炭脱硫脱硝性能的影响,探讨壳聚糖改性提高污泥活性炭脱硫脱硝性能的机理.结果表明,壳聚糖颗粒物能够较为均匀地分布于污泥活性炭的表面,壳聚糖与污泥活性炭结合良好,孔径也明显减小.壳聚糖与污泥活性炭是通过化学键结合的.改性时间与改性温度均可改变污泥活性炭的BET比表面积和孔容,但改性温度对BET比表面积和孔容的影响更为显著.具有最优孔结构的样品A3的BET比表面积、总孔容及中孔容分别为168.76m·2g-1、0.084cm·3g-1及0.041cm·3g-1.与污泥活性炭相比,改性污泥活性炭的脱硫脱硝性能优于污泥活性炭,这是由于壳聚糖中含氮与含氧官能团,丰富了污泥活性炭表面脱硫脱硝活性基团的种类与数量,利于SO2与NO的吸附氧化;通过适当控制改性条件,也可显著地增加BET比表面积和中孔容,以提高SO2与NO气体的物理吸附,从而提高其脱硫脱硝性能.     

城市污水处理厂污泥制活性炭的研究

经对天津东郊污水处理厂的污泥性质和组成测试 ,研究了以城市污水厂污泥为基本原料、氯化锌为活化剂采用传统活性炭制备工艺的污泥活性炭制备技术 .选取活化剂浓度、固液比、活化温度及活化时间等因素 ,通过正交试验确定了最佳工艺条件 .结合比表面积、孔径分布和扫描电镜表征分析 ,对制备的污泥活性炭进行性能评价 ,并初步探讨了污泥活性炭作为水处理吸附剂的去除效果 .结果表明 :在最佳工艺条件 4 0 %氯化锌溶液为活化剂、活化时间 2 0min、活化温度 6 0 0℃、固液比为 1∶2～ 1∶3的条件下 ,制备的污泥活性炭碘吸附值为 5 14～ 5 4 2mg/ g ,大孔、中孔、微孔容积分别为 0 39～ 0 5 3mL/g、0 10～ 0 15mL/ g、0 15～ 0 2 3mL/ g ,比表面积为 193～ 2 5 6m2 / g .将污泥活性炭处理COD为 2 4 0 0mg/L、色度 2 5 0的制药废水 ,COD去除率 >87%、色度去除率 >80 % .     

高比表面生物质炭的制备、表征及吸附性能

以废弃生物质互花米草与棉秆为原料,采用KOH活化制备了高比表面积微孔生物质活性炭.研究了原料类别、浸渍比、炭化温度及保温时间对炭组成与吸附性能的影响,利用氮气吸附、X-射线衍射、红外光谱FT-IR、扫描电子显微镜SEM等技术对活性炭表面物化性质进行了分析,并通过BET方程、DFT密度函数理论及Horvath-Kawazoe方程对比表面积与孔分布进行了表征测定.结果表明,氢氧化钾活化制备互花米草与棉秆活性炭的适宜条件为浸渍比3:1、活化温度800℃、活化时间1.5 h.在此条件下制得的互花米草活性炭与棉秆活性炭的得率为16.36%和11.22%,BET比表面积高达2 825 m2.g-1和2 135 m2·g-1,孔容积分别为1.374 mg·g-1和1.038 cm3·g-1;孔径分布狭窄,95%的孔集中在3 nm以内.该条件下制备的互花米草与棉秆活性炭吸附性能好,对碘的吸附值分别为1 797 mg·g-1和1 251 mg·g-1,亚甲基蓝吸附值为495 mg·g-1和478mg·g-1,均超过了国家水处理用活性炭一级品标准;2种生物质炭样品对水中2,4-二硝基苯酚的Langmuir最大吸附量分别为932 mg.g-1、747 mg·g-1,均优于普通活性炭与活性炭纤维.     

污泥基活性炭吸附空气中甲醛的研究

以城市污水处理厂脱水污泥为原料,氯化锌为活化剂制备污泥基活性炭,采用BET比表面积测试、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)等方法研究其理化性能,利用动态吸附实验系统和蒸馏装置,将污泥基活性炭与选定的商业活性炭进行了甲醛吸附性能对比,并利用热重分析法研究了甲醛在各活性炭上的脱附情况.结果表明,污泥基活性炭对空气中浓度分别为498,0.41mg/m3的甲醛均有很好的吸附效果,吸附量分别可达74.27,7.62mg/g,最大去除率分别为83.72%和89.56%,其吸附性能与选定的商业活性炭相当,特别是在处理浓度为0.41mg/m3甲醛时超过选定的商业活性炭.该污泥基活性炭BET比表面积为509.88m2/g,氮吸附等温线属于BDDT分类中的I-B型,表明其具有大量的超微孔和极微孔,更适用于低浓度甲醛的吸附.FTIR分析表明其表面含有各种含氮基团,特别是-NH2的存在,可能形成化学吸附中心,但从吸附甲醛后各活性炭的微商热重分析(DTG)曲线可以看出,各甲醛在活性炭上的吸附主要为物理吸附.     

Effect of biomass addition on the surface and adsorption characterization of carbon-based adsorbents from sewage sludge

Sewage sludge with the additive corn cob was used as prescusor to prepare sludge-based carbon adsorbents by pyrolysis method. And then, the carbonizated products were activated with potassium hydroxide. The mixing ratio of the corn cob to sewage sludge was investigated. The surface area and pore size distribution, elemental composition, surface chemistry structure and the surface physical morphology were determined and compared. The results demonstrated that the addition of corn cob into the sewage sludge sample could effectively improve the surface area (from 287 to 591 m 2 /g) and the microporosity (from 5% to 48%) of the carbon based adsorbent, thus enhancing the adsorption behavior. The sulfur dioxide adsorption capacity was measured according to breakthrough test. It was found that the sulfur dioxide adsorption capacity of the adsorbents was obviously enhanced after the addition of the corn cob. It is presumed that not only highly porous adsorbents, but also a high metallic content of these materials are required to achieve good performances.     

Removal of phosphorus and sulfur from yellow phosphorus off-gas by metal-modified activated carbon

In order to provide comprehensive utilization of high concentration CO for mono-carbon (C1) chemical industry, the purification of yellow phosphorus off-gas is of great concern. In this research, activated carbon (AC) modified by different impregnants were used for removal of PH₃, H₂S, SO₂, COS, and CS₂ in yellow phosphorus off-gas. For the removal of PH₃, AC impregnated with 0.10 mol L⁻¹ CuAc₂ was proved to be the best adsorbent. And removal efficiency of H₂S could be significantly enhanced by AC impregnated with 7% Na₂CO₃. The results of plant experiments suggested that the total concentration of the impurities in yellow phosphorus off-gas was less than 1 mg Nm⁻³ after purification operation. The metal-modified activated carbon (MMAC) was systematically characterized in terms of XPS, TGA, and DTA. The adsorption reaction mechanism was also investigated. As a result, the yellow phosphorus off-gas purified in this study can be used as a raw material gas in the C1 chemical industry.     

过氧化氢-敏化剂强化污泥微波预处理溶胞效果的研究

提高污泥溶胞效率是强化污泥厌氧处理的关键.为加强污泥微波预处理溶胞效果,本研究分别考察了常压、半封闭条件下二氧化钛颗粒、碳质材料作为敏化剂与过氧化氢联合进行微波污泥预处理的效果.结果表明,碳质材料敏化剂对微波、过氧化氢-微波污泥预处理产生了负作用,降低了污泥的溶胞效果,而二氧化钛能有效增加污泥中营养物质的释放.当二氧化钛颗粒投加量为0.12 g·g~(-1)干污泥时,SCOD、PO_4~(3-)-P的浓度比单独微波处理分别增加了11.86%、61%;当二氧化钛颗粒投加量为0.24 g·g~(-1)干污泥时,NH_4~+-N释放比单独微波处理高出27.78%.微波辐射作用下投加二氧化钛颗粒产生了羟基自由基,强化了过氧化氢-微波对污泥细胞的氧化作用.     

Breakthrough CO2 adsorption in bio-based activated carbons

In this work, the effects of different methods of activation on CO₂ adsorption performance of activated carbon were studied. Activated carbons were prepared from biochar, obtained from fast pyrolysis of white wood, using three different activation methods of steam activation, CO₂ activation and Potassium hydroxide (KOH) activation. CO₂ adsorption behavior of the produced activated carbons was studied in a fixed-bed reactor set-up at atmospheric pressure, temperature range of 25–65°C and inlet CO₂ concentration range of 10–30 mol% in He to determine the effects of the surface area, porosity and surface chemistry on adsorption capacity of the samples. Characterization of the micropore and mesopore texture was carried out using N₂ and CO₂ adsorption at 77 and 273 K, respectively. Central composite design was used to evaluate the combined effects of temperature and concentration of CO₂ on the adsorption behavior of the adsorbents. The KOH activated carbon with a total micropore volume of 0.62 cm³/g and surface area of 1400 m²/g had the highest CO₂ adsorption capacity of 1.8 mol/kg due to its microporous structure and high surface area under the optimized experimental conditions of 30 mol% CO₂ and 25°C. The performance of the adsorbents in multi-cyclic adsorption process was also assessed and the adsorption capacity of KOH and CO₂ activated carbons remained remarkably stable after 50 cycles with low temperature (160°C) regeneration.     

二价铁催化过氧化氢-过硫酸钠再生活性炭可行性研究

利用二价铁(Fe~(2+))催化过氧化氢(H_2O_2)-过硫酸钠(Na_2S_2O_8)双氧化体系(ICHP)对被三氯乙烯(TCE)吸附饱和的20~40目粒状活性炭(AC)进行再生研究.同时,结合扫描电子显微镜(SEM)、能量散射光谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)及氮气吸附-解吸技术等手段对再生前后的AC进行表征,进一步探讨影响再生效率的原因.结果表明,AC对TCE的吸附符合准一级动力学模型,等温吸附符合Freundlich模型.在TCE∶Fe~(2+)∶H_2O_2∶S_2O_2-8=1∶9.20∶59.79∶77.52(物质的量比)的条件下,AC再生效率约为50%.研究表明,AC的炭损失、比表面积、孔隙体积及孔隙面积的减小,是再生AC吸附能力低于原状AC的主要原因.利用ICHP再生的AC可以实现对TCE的有效吸附并达到AC重复使用的目的,具有很好的实用价值.     

活性炭催化过氧化氢去除荧光增白剂

研究了活性炭(activated carbon,AC)吸附、改性活性炭(activated carbon modified,ACM)吸附、过氧化氢(H2O2)氧化、AC催化H2O2等方法对水体中荧光增白剂VBL的处理效果,并通过自由基俘获剂叔丁醇、催化过程气体分析等探讨了AC催化H2O2分解VBL的机制.结果表明,经硝酸铁[Fe(NO3)3]改性过的ACM对VBL的吸附去除率高于未改性的AC.活性炭催化H2O2对VBL的去除效果明显,但未改性AC催化去除率高于ACM.60 min时,AC催化氧化去除率即可达到95%以上,而ACM仅为58%.叔丁醇的加入降低了AC和ACM催化氧化对VBL的去除率,表明AC催化H2O2氧化能促进H2O2形成羟基自由基(·OH)和原子氧参与反应.AC催化H2O2分解及释放气体分析表明,AC能催化H2O2形成氧气并放热,且ACM明显快于AC.结合催化H2O2去除VBL效率的结果分析,ACM催化反应时活性中间物(自由基和原子氧等)产生速率快于AC,活性中间物自身消耗形成氧气,而不是用于分解VBL.催化反应中活性中间产物的形成速率与反应物供给速率的不匹配可能是导致ACM催化效果弱于AC的重要原因.     

裂解温度对新疆棉秆生物炭物理化学性质的影响

生物质的裂解温度影响其所生产的生物炭炭的物理和化学性质,进而影响其田间应用效果。棉花秸秆是干旱区特别是新疆地区的主要农业生物质资源,其生物炭利用途径有望克服现有秸秆利用途径的不足,但对棉秆生物炭理化性质及其变化的认识还很缺乏。本文在不同的裂解温度下对新疆棉秆生物炭物理和化学性质进行研究,发现随着裂解温度的升高,生物炭的产率、阳离子交换量、O/C和H/C值降低,p H、电导和持水性能提高,Na+、K+趋势不明显,Cl-和SO2-4等盐碱化离子以及Ca~(2+)、Mg~(2+)营养元素含量随温度的升高降低;C、N、S、C/N和灰分等均提高,NH+4-N在550℃碳化条件下含量最高。因此在田间应用中,应针对土壤特点和解决的问题,调控碳化温度,从而达到趋利避害的目的。     

磷酸水热预处理制备高比表面积高介孔率活性炭

以锯末为原材料,采用磷酸水热预处理后活化的工艺制备高介孔率活性炭,以比表面积和孔容为评价标准,通过单因素实验探究了酸料比、活化温度、活化时间对活性炭比表面积及总孔容的影响规律,验证了该工艺的可行性.最优条件下所制备的活性炭比表面积为2579 m~2·g~(-1),介孔率达到96.6%,充分说明磷酸水热预处理工艺能够显著提高活性炭介孔孔容占比.亚甲基蓝(MB)吸附实验数据与Redlich-Peterson模型拟合度较好,样本活性炭对MB的吸附为单分子层吸附,最大单层吸附量为618.35 mg·g~(-1),接近于实验测试值632.79 mg·g~(-1),表明该方法制备的活性炭具有良好的MB吸附性能.     

Pd/activated carbon sorbents for mid-temperature capture of mercury from coal-derived fuel gas

Higher concentrations of Hg can be emitted from coal pyrolysis or gasification than from coal combustion, especially elemental Hg. Highly efficient Hg removal technology from coal-derived fuel gas is thus of great importance. Based on the very excellent Hg removal ability of Pd and the high adsorption abilities of activated carbon（AC） for H2 S and Hg, a series of Pd/AC sorbents was prepared by using pore volume impregnation, and their performance in capturing Hg and H2 S from coal-derived fuel gas was investigated using a laboratory-scale fixed-bed reactor. The effects of loading amount, reaction temperature and reaction atmosphere on Hg removal from coal-derived fuel gas were studied. The sorbents were characterized by N2 adsorption, X-ray diffraction（XRD） and X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）. The results indicated that the efficiency of Hg removal increased with the increasing of Pd loading amount, but the effective utilization rate of the active component Pd decreased significantly at the same time. High temperature had a negative influence on the Hg removal. The efficiency of Hg removal in the N2-H2S-H2-CO-Hg atmosphere（simulated coal gas） was higher than that in N2-H2S-Hg and N2-Hg atmospheres, which showed that H2 and CO, with their reducing capacity, could benefit promote the removal of Hg. The XPS results suggested that there were two different ways of capturing Hg over sorbents in N2-H2S-Hg and N2-Hg atmospheres.     

秸秆与氮肥配比对农田土壤内外源碳释放的影响

秸秆配施氮肥调节C/N比不仅影响外源秸秆的矿化,也影响内源土壤有机碳（SOC）的分解（即激发效应）,因此研究秸秆与氮肥配比对土壤内外源有机碳分解的影响,对于农田温室气体减排和土壤肥力提升具有双重意义.本研究以山东桓台农田土壤为研究对象,为了探究秸秆与氮肥的配比对秸秆与SOC分解的影响,在不同氮肥水平下,采用¹³C标记玉米秸秆进行室内土壤培养32周,设置4个处理：CK、秸秆（S）、秸秆+低量尿素（SN1）和秸秆+高量尿素（SN2）.在整个培养期进行16次动态取样,借助¹³C两元线性模型,拆分土壤释放CO₂中源于秸秆和SOC的比例.结果表明,随着培养时间的进行,SOC分解对土壤释放CO₂的贡献呈先减少后升高的趋势,相反,秸秆矿化对土壤释放CO₂的贡献呈先升高后减少的趋势,到培养期末,SOC和秸秆分解对土壤CO₂释放的贡献分别为0.84~0.86和0.14~0.16;在整个培养期,施氮对秸秆累计分解的影响呈先增加后减少的趋势,高氮和低氮施用对秸秆分解的促进程度最高分别为15.8%和7.9%,经历整个培养期,低氮抑制秸秆幅度达到7.1%,而高氮呈轻度促进秸秆分解的趋势（0.7%）.在整个培养期,秸秆配施不同氮量对SOC矿化的激发效应程度呈先升高后降低趋势,在第7 d取样达到最高为55%~148%,并且随着施氮量增加而升高,随着培养时间的进行,各处理的激发效应程度趋于相等,约为50%.因此,秸秆配施氮肥调节C：N不仅影响外源秸秆对SOC的贡献,也影响内源SOC的分解,进而影响土壤碳的固持,经过整个培养期,土壤残留秸秆碳不能完全补偿因激发效应导致SOC的损失,导致SOC库的净亏损.