2种改性活性炭对甲苯吸附性能的对比研究

利用微波、电炉加热对活性炭进行改性,并测定了改性前后不同种类活性炭对甲苯的吸附性能、表面酸碱官能团含量以及比表面积.结果表明,对于微波改性,随着改性温度升高,活性炭对甲苯的吸附量逐渐增大,表面碱性官能团含量也相应增加,比表面积相应减小.改性温度850℃时活性炭吸附甲苯性能最高,650℃与450℃改性后活性炭吸附甲苯的性能相差不大.电加热改性也具有类似的趋势,但对甲苯的吸附性能总体低于微波改性.扫描电镜表征显示,热改性去除了活性炭孔道内的杂质,使活性炭内部孔道更加通畅,有利于提高吸附甲苯的能力,但温度升高同样存在炭骨架收缩,孔道变窄的弊端.微波加热和电炉加热在原理和热传递方向上的不同.是导致改性结果之间差别的关键问题.     

PDMS基涂层活性炭对甲苯、苯和丙酮吸附研究

活性炭疏水性改性是提高其对含水VOCs选择性吸附的重要手段,然而这种改性方法对活性炭吸附不同VOCs的效果研究较少.采用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)对活性炭进行改性处理,并利用BET、Boehm滴定等方法对活性炭进行表征.采用动态吸附法,利用Yoon-Neslon吸附理论模型研究了不同相对湿度条件下,PDMS改性活性炭对VOCs(甲苯、苯、丙酮)吸附穿透曲线、饱和吸附量的影响及关键影响因素.结果表明:PDMS改性活性炭BET比表面积、微孔容积和表面酸碱官能团含量均有减少;经PDMS改性后,活性炭表面疏水性增大.动态吸附实验结果表明:PDMS改性前后活性炭吸附甲苯、苯、丙酮穿透曲线均符合Y-N模型;随着相对湿度增大,未经改性的活性炭(Bare-AC)对甲苯、苯和丙酮吸附速率降低、平衡吸附量减少,PDMS改性活性炭对甲苯、苯分子吸附速率和选择吸附能力提高,其中PDMS改性的活性炭(PDMS/AC-250)对甲苯、苯吸附量为相同条件下Bare-AC的1.86(甲苯)、1.92(苯)倍,但对丙酮分子提高不明显;结合表征结果分析,PDMS改性活性炭对VOCs分子吸附主要依靠化学吸附,同时与VOCs分子极性有关.     

酸碱改性活性炭及其对甲苯吸附的影响

分别用酸溶液(H_2SO_4、HNO_3、H_3PO_4)和碱溶液(NaOH或NH_3·H_2O)浸渍方法对活性炭进行改性,并对酸改性活性炭进行碱溶液二次改性处理,通过表征改性前后活性炭BET比表面积、孔结构、表面官能团等理化特征和测定其对甲苯蒸气的饱和吸附量,研究了影响活性炭吸附甲苯蒸气的关键因素.结果表明,酸改性使BET比表面积、微孔面积、微孔容积减少、表面酸性官能团增加,而碱改性呈现相反的理化特征变化.活性炭理化特征的变化可能与改性溶液的酸碱性、氧化还原性有关,并且这种相反的变化直接关系到活性炭对甲苯蒸气的吸附.3种酸改性的活性炭对甲苯蒸气饱和吸附量相对于原活性炭减少9.6%~20.0%,而两种碱改性的活性炭则增加29.2%~39.2%.相关性分析显示甲苯吸附量与BET比表面积、微孔面积、微孔容积正相关,而与表面酸性官能团负相关;多元回归分析进一步表明微孔容积和酸性官能团数量是影响活性炭甲苯吸附的关键因素.二次改性活性炭甲苯吸附量与表面含氧酸性官能团拟合结果则表明,—COOH、C＝O和—OH都对活性炭甲苯吸附能力有影响,其中—COOH影响较大.研究结果表明有效提高活性炭对甲苯吸附能力,改性宜以提高活性炭微孔容积和减小活性炭表面酸性官能团数量,特别是—COOH数量为目标导向.     

微波改性活性炭脱硫性能的初步研究

在此提出了一种利用微波等离子技术对活性炭进行改性以提高活性炭的SO2 吸附性能的新方法。通过正交实验法 ,探讨了微波功率、辐照时间及样品粒径 3种因素对改性后的活性炭脱硫效果的影响。结果表明 ,微波改性后的活性炭大大提高了对SO2 的吸附能力 ,最高硫吸附量可达 10 9 4mg g ,微波功率和样品粒径是决定改性活性炭硫容量的关键因素 ,并通过元素分析和扫描电镜等手段对其机理进行了讨论     

负载Cu改性活性炭吸附VOCs性能的研究

采用浸渍焙烧法对活性炭进行铜负载改性,并用于甲苯、乙酸乙酯及甲苯-乙酸乙酯二元混合气体的吸附。结果表明:醋酸铜负载量1.5%时活性炭吸附性能最好,对于单组分气体吸附,改性活性炭对甲苯和乙酸乙酯的吸附量较未改性前分别提高了29.7%和21.3%,穿透时间分别延迟了19.3%、18.6%;对于二元混合气体吸附,改性后活性炭较未改性活性炭对甲苯和乙酸乙酯的吸附量分别提高了19.4%和33.0%。采用BET、SEM、FTIR、XRD等分析表明,铜负载改性后的活性炭比表面积变大、总孔容变大,且铜与VOC的络合作用是改性后吸附量提高的主要原因。     

改性活性炭对水中PFOS的吸附去除研究

分别用FeCl3及中功率微波对煤质和椰壳2种粉末活性炭进行改性.序批式实验研究了活性炭改性前后对全氟辛烷磺酸(PFOS)的吸附特性.结合活性炭改性前后表面化学官能团和孔结构的变化特征,探讨了不同改性方式对PFOS吸附去除的影响效应以及天然有机物中的主要组成成分腐殖酸对PFOS在原炭及改性炭上的竞争吸附效应.结果表明,Fe3+及中功率微波处理对煤质炭和椰壳炭的孔结构和表面性质都有影响,但变化趋势不同.椰壳活性炭经Fe3+及中功率微波改性后对PFOS的吸附量明显提高,而煤质活性炭经改性后对PFOS的吸附量出现下降.改性椰壳活性炭与原炭吸附PFOS达到吸附平衡的时间基本相同,均为6 h左右.在腐殖酸存在下,改性椰壳炭对PFOS的吸附量因竞争吸附而有所下降,但改性炭的吸附量仍明显高于原炭.     

碱铜联合改性珠状活性炭及其对甲苯的吸附机理

为了提高活性炭吸附材料对非极性污染物的吸附性能,采用碱[（NaOH溶液）联合铜（Cu（CH₃COO）₂溶液]对珠状活性炭（beaded active carbon,BAC）进行改性,利用BET、SEM、Boehm滴定和FT-IR对改性前后的活性炭进行表征,并采用动态吸附法和Yoon-Nelson吸附理论模型研究了不同改性方法对活性炭吸附甲苯穿透曲线、饱和吸附量的影响及吸附机理.结果表明:改性后BAC表面不规则的孔隙增多,比表面积和微孔容积减少,平均孔径变化不显著,表面Cu含量明显升高;不同浓度碱铜联合改性后BAC对甲苯的吸附性能均提高,当NaOH溶液浓度为8 mol/L、Cu（CH₃COO）₂溶液质量分数为0.5%时,联合改性效果最好,此时改性后BAC对甲苯的饱和吸附量较改性前增加了50.9%,吸附穿透时间延长了342.9%,吸附平衡时间延长了77.4%.研究显示:较高浓度的碱联合较低浓度的铜溶液对活性炭改性,能显著提高吸附甲苯性能;改性后BAC对甲苯的吸附性能受自身孔隙结构和表面官能团的共同影响,且表面酸性官能团影响显著,表面金属铜与甲苯的结合作用是主要的吸附过程.      

微波制备秸秆活性炭及其对甲苯吸附性能的研究

以小麦秸秆为原材料,ZnCl2为活化剂,微波加热辐照制备小麦秸秆活性炭。通过改变浸渍比、微波功率、活化时间等因素制得秸秆活性炭比表面积最大为1 230 m2/g。并将制备的秸秆活性炭和选取的商品活性炭用于甲苯的动态吸附试验,研究秸秆活性炭吸附甲苯的性能。结果表明,单位面积秸秆活性炭和商品活性炭吸附甲苯量分别为0.267、0.276 mg/m2,说明秸秆活性炭和商品活性炭吸附性能相当。同时对吸附结果进行Langmuir方程拟合,相关系数R2为0.997。     

酸碱改性活性炭对甲苯的吸附性能研究

活性炭分别经过不同的酸碱处理,采用红外光谱、Boehm滴定和比表面积分析仪对其进行了表征,并测定了改性活性炭对甲苯的吸附性能。结果表明:HNO_3改性会使活性炭表面的酸性基团含量增加,碱性基团含量减少,NaOH和NaHCO_3改性结果则正好相反。吸附实验表明,碱性基团含量增加有利于提高活性炭对甲苯的吸附能力,而酸性基团含量增加则降低了这一能力。     

微波改性活性炭对苯酚的吸附性能研究

采用N2低温吸附/脱附、Boehm滴定对活性炭的孔结构和表面含氧官能团进行表征,研究微波热处理对活性炭的吸附性能的影响。用Langmuir和Freundlich吸附等温模型对活性炭的吸附性能进行评价,比较了溶液pH和吸附温度对改性前后活性炭的吸附能力影响,运用准一次方动力学模型和准二次方动力学模型对2种活性炭的吸附动力学进行研究。结果表明:微波热处理改性活性炭可提高活性炭对苯酚的吸附性能。     

浸渍-微波法载铁活性炭对双酚A的吸附

通过浸渍-微波法制得载铁粉末活性炭,并用XRD、Boehm滴定法、碘吸附值和亚甲基蓝吸附值对其进行了物化表征,研究了其对双酚A的吸附性能。结果表明:经改性后,铁在活性炭上的负载形态主要为α-Fe和Fe3O4;活性炭的石墨化程度降低,碳的表面裸露点有所减少;载铁活性炭表面碱性含氧基团含量显著增加,表面酸性含氧基团含量减少;碘吸附值和亚甲基兰吸附值分别增加了28.25%和29.63%,即微孔率及中孔率均有所提高。载铁活性炭对双酚A的吸附等温线可以用Freundlich方程拟合,相关系数R2>0.900,原活性炭和载铁活性炭的吸附常数Kf分别为1.940 mg.L1/n/(g.mg1/n)和2.250 mg.L1/n/(g.mg1/n);载铁活性炭对双酚A的吸附动力学过程可以用Lagergren准二级动力方程拟合,相关系数R2>0.990,原活性炭和载铁活性炭的吸附速率常数Kad分别为0.014 min-1和0.021 min-1。     

硫脲改性猪粪生物质炭对模拟农田径流中镉和草甘膦吸附特征

为同时去除农田地表径流中的重金属和农药,利用猪粪制备未改性猪粪生物质炭（简称"未改性生物质炭"）和硫脲改性猪粪生物质炭（简称"改性生物质炭"）,分析比较硫脲改性对生物质炭的pH、元素组成、表面含氧官能团和巯基含量等理化性质的影响,并系统地研究了单一和复合污染体系中初始浓度对两种生物质炭吸附水溶液中镉（Cd）和草甘膦效率的影响.结果表明:①与未改性生物质炭相比,改性生物质炭的pH、O/C（原子比）和H/C（原子比）降低,比表面积增大,含氧官能团和巯基含量增加.②与未改性生物质炭相比,改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附能力增强,最大表观吸附量（Q_max）增加了近3倍;随着Cd和草甘膦初始浓度的增加,未改性和改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附量逐渐增加,增加量最高分别达18.52%和7.60%.③单一污染体系中两种生物质炭对Cd或草甘膦的吸附更符合Langmuir等温吸附模型,说明其对Cd或草甘膦的吸附机理是单分子层的吸附起主导作用.④复合污染体系中,未改性和改性生物质炭对Cd的吸附能力分别增加了25.28%和21.26%,未改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量增加了29.34%,但改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量降低了47.28%;未改性和改性生物质炭对草甘膦的吸附能力减弱,但最大表观吸附量分别增加了2.63和3.45倍.研究显示,硫脲改性猪粪生物质炭作为一项有前景的新技术,为解决实际环境中的复合污染问题提供了经济环保的技术手段.      

微波辐照制备花生壳活性炭研究

以花生壳为原料通过微波辐照制备了具有高比表面积并含有大量中孔的活性炭。讨论了活化剂类型、浸渍时间、浸渍比、活化剂浓度、微波功率和辐照时间对花生壳活性炭制备的影响。结果表明:相较磷酸和氢氧化钠,采用氯化锌活化剂制备的花生壳活性炭有更好的碘吸附性能;在浸渍浓度为40%,浸渍比为1∶6,浸渍时间为48 h,微波功率为500 W,辐照时间为6 min的条件下,制备的花生壳活性炭碘吸附值和亚甲基蓝吸附值分别为(898.6±12.8)mg/g和(46.2±3.8)mg/g;微波辐照工艺制备的活性炭,其碘吸附与亚甲基蓝吸附能力均优于马弗炉工艺;花生壳活性炭的碘吸附与亚甲基蓝吸附能力均优于市售活性炭。     

改性活性炭对水溶液中苯酚的吸附研究

研究了活性炭在酸（HNO3,H2SO4,HCI）和碱（NaOH,氨水）处理后对苯酚吸附性能的影响,测定了活性炭的亚甲基蓝值、碘值扣表面官能团等基本物理化学参数。研究发现：碱改性使活性炭上酸性官能团数量减少。碱性官能团增加,增强了活性炭对苯酚类疏水性物质的吸附客量。NaOH、氨水改性活性炭对苯酚的吸附值比未改性活性炭分别提高了56,70％和47．40％。     

改性颗粒活性炭吸附低浓度甲醛的试验研究

通过试验研究了表面改性方法、焙烧气氛和气相水分对颗粒活性炭(GAC)吸附低浓度甲醛性能的影响。结果表明:3%HNO3浸泡改性可增加GAC表面的含氧官能团,显著改善GAC对甲醛的吸附性能,并延长吸附穿透时间;O2气氛下焙烧所得GAC的吸附效果优于N2气氛下焙烧的GAC;反应气体含水1.5%时,GAC对甲醛的吸附性能明显降低。另外,分别采用低温N2吸附法和傅立叶红外光谱法表征了3%NHO3浸泡改性前、后GAC的孔结构和孔表面化学性质的差别,从而揭示了GAC的吸附性能与孔结构、孔表面化学性质之间的关系。     

紫外辐照改性生物炭对VOCs的动态吸附

采用365 nm紫外光辐照改性椰壳生物炭,以提升对挥发性有机污染物(VOCs)的吸附性能.选取苯和甲苯两种典型的VOCs为吸附质,考察了改性前后生物炭的吸附穿透曲线.结果表明,紫外辐照改性后的生物炭其吸附性能显著增加,对苯和甲苯的饱和吸附量分别由7.27 mg·g~(-1)和7.98 mg·g~(-1)提升至122.80 mg·g~(-1)和236.36 mg·g~(-1),吸附穿透时间也由1 min和2 min大大延长至390 min和620 min.生物炭表面理化特征分析表明,紫外辐照增大了生物炭表面含氧官能团的含量和外比表面积,这可能是改性生物炭吸附性能提升的关键因素.Yoon-Nelson、Thomas和BDST模型均能很好地模拟改性生物炭对不同浓度苯和甲苯的吸附过程,其相关系数大于0.992.热重分析结果表明,紫外辐射对生物炭的热稳定性影响甚微.改性生物炭吸附饱和后,可经热再生后重复利用,对甲苯的吸附重复利用5次后仍有较高的吸附能力.     

改性甘蔗渣对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附行为研究

为提高废弃甘蔗渣对重金属离子Cd2+和Pb2+的吸附能力,文章采用简单的方法制备了乙二胺四乙酸二酐(EDTAD)修饰的甘蔗渣。经FTIR分析,有大量的羰基修饰在了甘蔗渣的表面,为其吸附重金属离子提供了更多的活性位点。实验结果表明:经过修饰后的甘蔗渣对Cd2+和Pb2+的吸附量分别为46.46 mg/g、119.36 mg/g,是未修饰的3.69和12.31倍,且均能在20 min内达到最大吸附量并保持平衡,其吸附符合Langmuir等温吸附模型,且吸附过程遵循二级动力学模型。在pH 4~7范围内,修饰SCB对Cd2+和Pb2+具有较高的吸附能力。除此之外,在Cd2+、Pb2+、Cu2+和Zn2+共存的情况下,修饰SCB对Pb2+仍能保持较高的吸附量。修饰后的甘蔗渣对Cd2+和Pb2+的吸附能力有了显著提高,且具有一定的抗干扰能力,有望应用于实际工业废水处理。     

阳离子聚丙烯酰胺改性膨润土对靛蓝的吸附性能

采用CPAM(阳离子聚丙烯酰胺)改性膨润土作为吸附材料,对靛蓝进行吸附研究,考察膨润土投加量、溶液的pH、反应温度、吸附时间及溶液初始ρ(靛蓝)对吸附效果的影响,并对膨润土的性能进行了表征. 结果表明,CPAM改性膨润土对靛蓝的去除率随着投加量的增加迅速增加,最佳投加量为3g/L,达到吸附平衡所需时间为40min. 当溶液pH为4.0~10.0时,CPAM改性膨润土均能保持较大吸附量,并且pH的变化对吸附量影响较小;当溶液pH大于10.0时,吸附量明显降低. CPAM改性膨润土对靛蓝的吸附动力学符合拟一级动力学方程,热力学符合Langmuir和Freundlich方程,回归系数均达0.99以上;pH为6.0时,最大吸附量为5287.0mg/g,是未改性膨润土吸附量的21.4倍,吸附性能比未改性膨润土有显著提高. 通过比表面积的测定及红外光谱和透射电子显微镜分析发现,CPAM与钠基膨润土土层中的阳离子发生离子交换反应,CPAM改性膨润土疏水性增强,层间结构发生变化,同时外比表面积增大,对有机染料的吸附作用增加,说明改性后的膨润土在结构和性能上明显优于未改性膨润土.