活性炭纤维的氧化处理研究

采用静态保干器法测定了活性炭纤维对乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮的吸附量.研究了酸氧化处理对活性炭纤维吸附性能的影响,并用电位滴定法确定了活性炭纤维氧化前后表面含氧官能团的变化.结果表明,活性炭纤维对3种吸附质的吸附量均随时间延长而增加,但饱和吸附量及达到饱和吸附的时间因吸附质的不同而不同.氧化处理后,活性炭纤维表面含氧官能团发生变化,对乙醇的吸附量增加18%,而对N-甲基吡咯烷酮的吸附量提高了300%.     

低温等离子体改性活性炭纤维对不同极性苯系物的吸附

探究了不同改性时间下的活性炭纤维孔结构和表面化学性质的变化,并进一步研究了改性后的活性炭纤维对不同极性苯系物的吸附。通过BET比表面积、Boehm滴定分析、FTIR红外光谱对改性前后的活性炭纤维进行表征。结果表明,功率150 W,改性时间为30、60和90 min时,活性炭纤维烧失率随着改性时间延长而升高,分别达到16.5%、27.8%、45.5%。改性过程中,活性炭纤维比表面积和微孔孔容显著增加,有助于改善活性炭纤维吸附性能。在物理吸附和化学吸附作用下,改性活性炭纤维对邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯吸附性能有所提高,其中,改性90 min活性炭纤维对其吸附量分别增加了0.58、0.55和0.44 mg·mg-1。酸性含氧基团由原来的0.973 mmol·g-1增加到1.675 mmol·g-1,改性后酸性含氧官能团的增加使活性炭纤维表面极性增大,有利于对极性有机物邻、间二甲苯吸附量增加率的提高。     

活性炭表面酸性含氧官能团对吸附甲醛的影响

利用Bothem滴定法测定了化学浸渍处理的活性炭表面酸性含氧官能团浓度,研究表面酸性含氧官能团对甲醛吸附的效应。结果表明,HNO3浸渍处理能有效增大活性炭表面的羧基、酚羟基和内酯基浓度;H2O2浸渍处理主要增大了活性炭表面的酚羟基浓度;随着NaOH浓度的增大,活性炭表面的酚羟基、内酯基和羰基浓度大致呈先增大后减小的趋势,这是由于NaOH的化学清洗作用和酸碱中和反应所致;HNO3浸渍处理的活性炭表面的酸性含氧官能团浓度显著超过NaOH、H2O2浸渍处理的活性炭,而30%(质量分数)NaOH浸渍处理的活性炭和30%(体积分数)H2O2浸渍处理的活性炭吸附甲醛的饱和时间比HNO3浸渍处理的活性炭吸附甲醛最大饱和时间分别多4.0、1.5 h,说明酚羟基能够显著影响活性炭吸附甲醛的效果。     

饱和粉末活性炭电化学再生研究

采用电化学再生法对吸附处理染料废水产生的饱和粉末活性炭(PAC)进行再生,以NaCl为电解质,考察了电源类型、pH、再生时间、电压和NaCl浓度对活性炭再生率的影响,并对活性炭表面酸性含氧官能团进行测定。结果表明:(1)在pH=1、直流电压为6V、NaCl为6g/L、再生90min的最佳条件下,采用单室反应器,饱和PAC再生率达到59.09%。(2)电极循环伏安曲线结果表明,饱和PAC电极表面发生氧化反应,与主电极直接和间接氧化共同作用,使活性炭表面吸附的污染物降解。活性炭表面酸性含氧官能团滴定和红外光谱测试结果进一步表明,电化学再生法使活性炭表面基团得到恢复。     

几种不同处理方法对活性炭表面化学性质的影响

活性炭表面官能团的种类和数量决定了活性炭的表面化学性质,而化学性质决定了活性炭的表面吸附特性。使用5种常见的处理方法处理活性炭,采用Boehm滴定法,XPS对活性炭进行表征,通过单因素实验系统地考察了活性炭表面含氧官能团及碱度随处理条件的变化,同时通过碱度变化讨论了部分处理方法对于原活性炭表面灰分的去除。结果表明:在处理液150 mL、20℃、200 r/min条件下:50 g活性炭经0.01～5 mol/L HCl处理4 h,活性炭表面碱度降低范围63.2%～76.5%,灰分去除效果好,低浓度的盐酸就能达到较好的灰分去除效果,活性炭表面没有形成大量的含氧官能团;在HNO3浓度1～12 mol/L、处理时间1～8 h、活性炭量25～75 g条件下处理后总碱度降低显著,灰分去除效果优于HCl处理,HNO3氧化作用使活性炭表面形成了大量含氧官能团,总酸度、羧基、内酯基、酚羟基含量均相对于原活性炭增加明显;在H2O2质量浓度5%～20%、处理时间0.5～4 h、活性炭量25～75 g条件下处理后碱性灰分去除不好,活性炭表面没有形成大量含氧官能团,H2O2处理引起活性炭表面化学性质变化较小;在NaOH浓度0.1～2 mol/L、处理时间1～8 h、活性炭量25～75 g条件下处理后碱度增加明显,酸度减小明显,羧基、酚羟基含量降低。50 g活性炭在微波功率100～500 W、处理时间2～10 min、载气流量600～1 400 mL/min条件下经微波处理后,微波热效应导致含氧官能团分解,总碱度增加,总酸度下降,羧基含量、内酯基含量降低,酚羟基含量因条件的不同而变现出不同的变化。     

黄麻纤维活性炭对亚甲基蓝和甲基橙吸附动力学

以黄麻纤维为原料,采用磷酸活化法制备活性炭。研究黄麻纤维活性炭对亚甲基蓝和甲基橙2种染料的吸附行为。结果表明,采用磷酸制备的活性炭,由于表面含有羧基和含磷官能团等酸性基团,能够促进活性炭对亚甲基蓝的吸附;黄麻纤维活性炭对2种染料的平衡吸附量、初始吸附速率均随着初始浓度的增加而升高;相同条件下,黄麻纤维活性炭对亚甲基蓝的平衡吸附量大于甲基橙;黄麻纤维活性炭对两种染料的吸附行为更符合准二级动力学模型。     

孔结构和表面化学性质对活性炭吸附性能的影响

测定了室温下3种活性炭(GAC-C、GAC-P和GAC-T)对CO2、CH4和N2的吸附性能,并对颗粒活性炭孔结构和表面化学性质进行了表征,探讨了孔结构和表面化学性质对活性炭吸附性能的影响。结果表明:由于吸附机理、孔结构、表面含氧官能团和分子极性的差异,CO2、CH4和N2在活性炭上的饱和吸附量和吸附常数的关系为CO2>CH4>N2;CH4和N2的饱和吸附量主要受活性炭微孔孔容的影响,N2和CO2饱和吸附量的差异分别是由0.572～2.0 nm的微孔和0.4～6 nm的孔引起的;CH4吸附常数主要受较大中孔和大孔影响,N2吸附常数与微孔密切相关,大孔对CO2的吸附常数影响最大。     

硝酸氧化和负载铁氧化物改性活性炭催化臭氧化性能

采用硝酸氧化与硝酸铁负载对颗粒活性炭进行改性处理,研究了活性炭样品表面官能团的变化,分析了活性炭样品对酸性大红3R吸附和催化臭氧化能力,探讨了p H值与·OH捕获剂对催化臭氧化效果的影响。结果表明,硝酸改性后活性炭表面羧基、内酯基、酚羟基以及总官能团的含量均明显增加,其中羧基增幅最大;负载铁氧化物后,活性炭表面官能团数量有所降低。活性炭样品化学吸附性能随官能团含量的增加而增强。催化臭氧化对酸性大红3R的氧化降解效果明显优于单独臭氧化。增加表面官能团含量可以加速催化臭氧化反应,但反应速率随着表面官能团消耗而降低;负载金属组分具有更为稳定和有效的催化臭氧化活性。活性炭催化臭氧化性能在碱性条件下明显优于酸性条件,且随着p H值升高而提高。投加·OH捕获剂(Na2CO3)后,其对·OH的消耗使得催化臭氧化效果显著下降。     

核桃果皮基活性炭对甲基橙和酸性品红的吸附性能

采用氯化锌活化法制得核桃果皮基活性炭吸附甲基橙和酸性品红,考察了吸附时间,p H,吸附质初始浓度对吸附性能的影响及吸附热力学和动力学性质。结果表明,核桃果皮基活性炭是吸附甲基橙和酸性品红染料的理想材料;延长吸附时间,去除率和吸附量增加,最佳吸附时间为6 h;减小p H值,去除率和吸附量增加。p H为6时,2种染料的去除率达95%以上,吸附效果较好;增大吸附质初始浓度,去除率降低,吸附量增大,当甲基橙初始浓度为180 mg/L时,吸附基本达到饱和;甲基橙的吸附属于单层吸附,酸性品红的吸附属于多层吸附行为。准二级动力学方程均能较好地解释2种染料的吸附动力学行为。     

银负载对活性炭纤维汞吸附性能的影响

银氨溶液浸渍活性炭纤维制得载银量14.07%的载银活性炭纤维.以筒状吸附体吸附气态Hg0的方式研究活性炭纤维银载前后的汞吸附性能,结果表明,载银后活性炭纤维汞吸附性能明显提高.实验还发现:随吸附温度升高,活性炭纤维的汞吸附效率随先增加后降低,而载银活性炭纤维的汞吸附效率随吸附温度升高而一直降低;延长停留时间和添加H2O(g)对两者汞吸附均有利.采用片状吸附体对2种吸附剂的汞饱和吸附量进行了测定,实验得出:70℃下活性炭纤维汞饱和吸附量为29.4 mg/g,载银活性炭纤维汞饱和吸附量为192.3 mg/g,即活性炭纤维载银后汞饱和吸附量提高到原来的6.54倍.扫描电镜分析发现:活性炭纤维上物理吸附汞占绝大多数,化学吸附汞很少;负载银后汞只吸附在活性炭纤维的含银活性点上,银粒子与汞结合生成银汞齐后形状趋于规则,且主要分布于活性炭纤维微晶的晶棱交界处.     

吸附-电化学氧化耦合处理对氯苯酚废水及动力学

以毡状活性炭纤维为阳极,不锈钢为阴极,吸附-电化学氧化耦合降解对氯苯酚废水进行了研究。考察了吸附或耦合电化学氧化过程、电流密度、支持电解质硫酸钠浓度和活性炭纤维重复使用对废水COD去除率的影响,结果表明,采用吸附-电化学氧化耦合方法,当电流密度7.6 mA/cm2支持电解质（硫酸钠）浓度为1 g/L,处理时间为180 min,4-CP废水COD去除率可达97.09%。毡状活性炭纤维对4-CP的静态吸附过程符合Langmiu吸附等温方程。建立了吸附-电化学氧化COD去除动力学模型,动力学模型参数表明,对于COD的去除,电化学氧化作用比吸附作用大。     

麻质活性炭的制备及其对Cu2＋的吸附研究

以废麻为原料,KOH为活化剂制备粉状活性炭,通过静态吸附实验研究了活性炭对Cu2＋的吸附性能,探讨了溶液起始pH值、活性炭投加量、吸附时间、起始Cu2＋质量浓度等对Cu2＋吸附效果的影响。结果表明,溶液pH和活性炭投加量对吸附效果有较大影响,活性炭对Cu2＋的吸附率在60 min内超过50%,初始浓度在10~50 mg/L时,活性炭对Cu2＋的吸附量与起始浓度近似成正比。采用Langmuir、Freundlich吸附等温式对吸附平衡数据进行了拟合,结果表明吸附等温线符合Frenudlich模型。采用傅立叶红外光谱法（FT-IR）分析了活性炭的表面官能团,分析表明活性炭表面酸性官能团可能是吸附Cu2＋的活性中心。     

磷酸微波活化多孔生物质炭对亚甲基蓝的吸附特性

以甘蔗渣为原料,采用微波辅助H3PO4活化法制备富含含氧酸官能团的中孔生物质炭。通过扫描电子显微镜SEM、傅立叶变换红外光谱FT-IR等技术对生物质炭物理化学性质进行表征,并通过静态实验法,探讨炭样对亚甲基蓝的吸附行为及热力学性质。结果表明,H3PO4活化制备蔗渣生物质炭的适宜条件为浸渍比1：1,烘干时间10h,活化功率900W,活化时间22min,在此条件下制得的生物质炭得率为39．2％,碘值为817mg／g,亚甲基蓝值为229mg／g,为国家一级品标准的1．7倍。红外光谱分析表明,炭样表面以羟基、羰基、羧基等酸性官能团为主。静态吸附实验表明,Freundlich方程与Redlich—Peterson方程能较好地描述等温吸附行为,表现为优惠吸附。热力学研究表明,吸附吉布斯自由能（△G0）〈0,说明吸附反应是自发过程,而吸附标准焓变（△H0）〉70KJ／mol,表明亚甲基蓝在制备炭样上的吸附是吸热反应,升温有利于吸附,且化学反应在吸附过程中发挥了重要作用。     

Ozonation of activated carbon and its effects on the adsorption of VOCs exemplified by methylethylketone and benzene

Ozonation can modify the surface property of an activated carbon such as specific surface area, pore volume, and functional group. Results indicate that ozonation can increase the specific surface area of an activated carbon from 783+/-51 to 851+/-25 m2/g due in part to increasing micropores (those below 15 A). However, there is no change in macropore and mesopore upon ozonation. The amount of oxygen functional group (OFG) increases from 197+/-4 to 240+/-4 microeq/g, mostly in hydroxyl and carboxyl groups upon ozone treatment. These oxygen-containing functional groups are stable in the temperature range 30-250 degrees C, but begin to decompose when temperature increases beyond 300 and 350 degrees C. When the temperature reaches 1200 degrees C, all OFGs virtually disappear. The effect of ozone treatment on the adsorption of volatile organic carbon (VOC) was exemplified by methylethylketone (MEK) and benzene. The adsorption density of MEK and benzene by ozone treated activated carbon (AC(O3)) are greater than that by the untreated (AC), with MEK being more adsorbable than benzene. Results of factorial analysis indicate that physical characteristics, namely, micropore, BET surface area, pore diameter (PD), micropore volume (MV) play an important role on benzene and MEK adsorption.     

微波加热对活性炭表面基团及其对SO2吸附性能的影响

采用了微波加热技术,通过在不同微波功率和辐射时间条件下对不同粒径活性炭进行改性,研究了改性前后活性炭的表面化学基团、元素组成的变化,以及对SO2吸附性能的影响.结果表明,经过微波改性后活性炭的SO2吸附性能大为提高,微波功率是影响改性活性炭脱硫性能的主要因素.活性炭经微波热处理后,酸性基团发生分解,表面含氧量减少,碱性特征增强,是吸附性能增加的主要原因之一.     

浸渍-碱性微波法载磁活性炭粉对壬基酚的吸附

利用浸渍-碱性微波法制备载磁粉末活性炭,通过等温吸附实验和动力学吸附实验,研究对比了其与原料活性炭、浸渍载铁活性炭对壬基酚的吸附性能。采用氮气吸附仪、FTIR、XRD、国标(GB/T12496.19-1999)邻菲啰啉分光度法及VSM,分别对3种样品进行了物相结构、表面官能团、铁含量及磁性能的分析,并探讨了吸附机理。结果表明,浸渍-碱性微波法载磁活性炭的总孔容及孔隙率均有较大提高;其吸附等温线符合Freundich方程,吸附动力学过程符合准二级动力学方程与孔道内扩散模型,相关系数R2均大于0.900。原活性炭经一定浓度的铁盐溶液浸渍后,铁含量由2%提高到8%。在碱性、N2气氛条件下微波后,铁系物主要存在形式为零价铁和Fe3O4,制得的载磁活性炭饱和磁化强度为1.12 emu/g。     

玉米芯掺杂对污泥基活性炭性能的影响

针对以城市污水厂剩余污泥为原料制备的污泥基活性炭微孔性差、比表面积低的缺陷,将一定比例玉米芯掺杂到污泥中以期改善活性炭性质。通过对活性炭的比表面积、孔结构、碘值、表面官能团测定以及表面电镜分析,探讨了不同比例玉米芯掺杂对活性炭物理化学性质的影响,并以苯酚和硝基苯为目标物,对比考察所制活性炭对有机物的吸附性能。实验结果表明,随着玉米芯掺杂比例的提高,活性炭微孔体积及比表面积明显增大,但活性炭表面官能团种类及数量变化不明显。所制活性炭表面都以酸性基团为主。结果显示苯酚和硝基苯吸附值与活性炭表面酸性基团含量关系密切,因此,玉米芯的掺杂对苯酚和硝基苯的吸附没有明显的促进作用。     

Removal of 2-chlorophenol from water using rice-straw derived ash

Removal of 2-chlorophenol from water using rice-straw derived ash (RSDA) was evaluated in this study to compare with commercial activated carbon. RSDA was obtained by burning rice-straw at 400 °C and 700 °C for 1 h. This ash can provide a better adsorbent for 2-chlorophenol. The adsorption capacities of RSDA at 400 °C and 700 °C are 37 and 52 mg g?1 at pH 4, respectively, and decrease to 9.0 and 40 mg g?1 at pH 10. Adsorption of either neutral or anionic 2-cholorphenol by the RSDA are shown as L-shaped nonlinear isotherms, suggesting surface adsorption rather than partitioning is occurring. At higher-burning temperatures, the surface area, porosity, point of zero charge and aromaticity of the resultant RSDA increase, but the oxygen content and surface acidity decrease. The combined effects result in a higher 2-chlorophenol adsorption of RSDA at 700 °C, which shows a slight pH effect on the adsorption of 2-chlorophenol, due to the lower content of oxygen-containing functional groups. Oxygen-containing functional groups contribute to surface acidity and H-bonding sites for adsorbed water, which compromises the interaction between 2-chlorophenol and the adsorbents. Thus, it suggests that rice-straw derived carbon (RSDC) can be used as an effective low-cost substitute material for activated carbon for removal of chlorophenols from wastewater.