基于响应曲面法优化生物质污泥活性炭的制备方法

针对传统技术制备污泥活性炭的比表面积不高、吸附值低等不足,通过在污泥中添加核桃壳以改善污泥原料缺陷,研究了活化剂种类、核桃壳加量、活化温度、活化时间、活化剂浓度及浸渍比等影响活性炭吸附能力的制备条件。在优化后的条件下制备出了高吸附性能的生物质污泥复合活性炭。结果表明:选择氯化锌作为活化剂,核桃壳加量20%、活化温度500℃、活化时间60 min、活化剂浓度2.5 mol·L-1、浸渍比1∶2.5为最优化制备条件。制备出的生物质污泥复合活性炭碘吸附值为574.11 mg·g-1,产率为43.93%。     

竹材加工剩余物制备竹活性炭及其对Pb^2＋的吸附性能

利用竹材加工剩余物竹蔸、竹节和竹枝制备竹炭,再以H3PO4为活化剂,在活化温度为700 ℃和不同的H3PO4浓度下进行活化制备竹活性炭,测定了吸附性能最强的竹活性炭在不同吸附时间和Pb2+初始浓度下对Pb2+的吸附率,并进行了结构表征.结果表明,当H3PO4溶液质量分数为45%时,所制备的竹活性炭吸附性能最强,其中竹蔸活性炭的Pb2+吸附性能接近于商品活性炭;竹蔸活性炭吸附Pb2+的吸附时间在120～180 min为佳;根据Langmuir最大吸附量计算公式求得竹蔸活性炭最大吸附量为91.1 mg/g.竹枝炭、竹节炭与竹篼炭的孔隙度分别为0.656、0.698和0.740,竹枝活性炭、竹节活性炭与竹篼活性炭的孔隙度分别为0.690、0.715和0.755;竹篼炭和竹篼活性炭比表面积分别为110.354、462.069 m2/g,孔容分别为0.090、0.235 cm3/g,平均孔径分别为31.552、20.368 .     

新制备生物炭的特性表征及其对石油烃污染土壤的吸附效果

生物炭作为一种绿色环保的功能材料因其在污水处理和污染土壤修复方面具有显著效果而受到极大关注.采用红外光谱、元素分析仪及微孔分析对不同温度(200、300、400、500和600℃)条件下制备的木屑和麦秆生物炭进行特性表征,并采用制备的生物炭净化石油污染土壤,分别考察了污染物性质、生物质原料和热解温度对其净化效果的影响.结果表明,随着热解温度的增高,生物炭芳香化程度增加,极性降低,微孔结构逐渐发育,表面积增大.加入生物炭33 d后,污染土壤中总石油烃及其组分烷烃的浓度比对照略有降低,而PAHs浓度下降显著.随着热解温度升高,2种生物炭对PAHs的吸附强度均逐渐增大,芳香度增高、表面积增大是强吸附的主要原因.2种生物炭在400℃及以下温度制备时对PAHs的吸附强度为:木屑生物炭＞麦秆生物炭;而400℃以上温度制备的生物炭吸附强度则相反,即麦秆生物炭＞木屑生物炭,说明生物炭原料对其吸附强度也具有显著影响.     

活性炭负载I-TiO_2对气体中甲苯的吸附

利用溶胶凝胶-浸渍烧结法制备了碘掺杂二氧化钛修饰的活性炭复合吸附剂。利用XRD、SEM、BET、Boehm滴定、亚甲蓝吸附值等手段研究了活性炭负载前后表面结构与性质。利用动态吸附实验研究了活性炭负载I-TiO_2复合材料(IT/AC)和再生IT/AC对气体中甲苯的吸附。考察了活性炭粒径、气体的流速、吸附床层高度和气体中甲苯的浓度对活性炭吸附性能的影响及甲苯在活性炭固定床上的吸附动力学。结果表明:由于介孔I-TiO_2和活性炭的协同作用,负载适量I-TiO_2对活性炭结构和吸附性能影响较小。活性炭的粒径越小、复合材料的吸附穿透点和饱和吸附量越大;气体的流速和甲苯的初始浓度越大,复合材料的吸附穿透点越小但饱和吸附量越大。YOON-NELSON模型可以预测复合材料吸附甲苯的动力学过程。     

稻壳生物质炭对水中氨氮的吸附

以稻壳生物质为原材料,在350℃和500℃2种温度条件下制备生物质炭(BC350和BC500),采用扫面电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)对稻壳生物质炭进行了表征。通过实验考查了稻壳生物质炭对氨氮的吸附等温线、影响因素和动态吸附。结果表明,稻壳生物质炭的平衡吸附量随着平衡浓度的增大而增大后趋缓,Langmuir方程比Freundlich方程更好地描述稻壳生物质炭吸附氨氮的行为,BC500比BC350具有更大的吸附氨氮的能力,其最大吸附量分别为5.82 mg/g和6.51 mg/g。p H和离子强度影响BC500对氨氮的吸附效果。动态吸附实验表明,BC500对氨氮的平均吸附量为1.78 mg/g。可见,稻壳生物质炭可以用作高效吸附剂去除废水中的氨氮。     

CuO-CeO_2/AC吸附燃煤烟气中元素汞的实验研究

通过活性炭负载CuO和CeO2来制备吸附剂,采用固定床吸附方式,在不同反应条件下对吸附剂的吸附性能进行测试,筛选出去除效率最好的吸附剂,并通过BET和XRD对吸附剂的理化性质进行分析。结果表明,CuO和CeO2的加入大大改变了原活性炭的比表面积和孔结构,改善了活性炭的吸附性能。CuO-CeO2/AC中CuO和CeO2质量比不同,对汞的去除效率也不同,在1∶2时去除效率最好;CuO-CeO2/AC中所负载的CuO和CeO的总量为5%时,能大大促进汞的吸附效率,增长有效吸附时间;CuO-CeO2/AC对汞的吸附性能随反应温度的增加呈先增加后减小的趋势,在80℃时达到最大值。     

CuO-CeO2/AC吸附燃煤烟气中元素汞的实验研究

通过活性炭负载CuO和CeO2来制备吸附剂,采用固定床吸附方式,在不同反应条件下对吸附剂的吸附性能进行测试,筛选出去除效率最好的吸附剂,并通过BET和XRD对吸附剂的理化性质进行分析。结果表明,CuO和CeO2的加入大大改变了原活性炭的比表面积和孔结构,改善了活性炭的吸附性能。CuO-CeO2/AC中CuO和CeO2质量比不同,对汞的去除效率也不同,在1∶2时去除效率最好;CuO-CeO2/AC中所负载的CuO和CeO的总量为5%时,能大大促进汞的吸附效率,增长有效吸附时间;CuO-CeO2/AC对汞的吸附性能随反应温度的增加呈先增加后减小的趋势,在80℃时达到最大值。     

成型膨润土和钛柱撑膨润土对水中Pb2+和氯乙酸吸附及再生

针对水中微量铅离子和氯乙酸的脱除,考察了成型膨润土及成型钛柱撑膨润土的吸附性能,得出对铅离子的吸附,成型膨润土、成型钛柱撑膨润土与粉末状活性炭性能相当,而对氯乙酸的吸附前两者要比粉末状活性炭低好多.确定了成型膨润土吸附氯乙酸后可用沸水煮沸30 min的方法再生,成型钛柱撑膨润土吸附氯乙酸后,可用500℃焙烧3 h的方法再生,再生的膨润土循环使用3次后性能降低明显.此外,还测得了成型的膨润土及成型的钛柱撑膨润土吸附铅离子和氯乙酸的等温线,计算出其对铅的最大吸附量分别为24.33 mg/g和15.47 mg/g.     

成型膨润土和钛柱撑膨润土对水中Pb2+和氯乙酸吸附及再生

针对水中微量铅离子和氯乙酸的脱除，考察了成型膨润土及成型钛柱撑膨润土的吸附性能，得出对铅离子的吸附，成型膨润土、成型钛柱撑膨润土与粉末状活性炭性能相当，而对氯乙酸的吸附前两者要比粉末状活性炭低好多。确定了成型膨润土吸附氯乙酸后可用沸水煮沸30 min的方法再生，成型钛柱撑膨润土吸附氯乙酸后，可用500℃焙烧3 h的方法再生，再生的膨润土循环使用3次后性能降低明显。此外，还测得了成型的膨润土及成型的钛柱撑膨润土吸附铅离子和氯乙酸的等温线，计算出其对铅的最大吸附量分别为24.33 mg/g和15.47 mg/g。     

磷酸低温活化蔗渣基中孔生物炭及其影响因素

以甘蔗渣为原料,磷酸为活化剂,采用低温活化法制备蔗渣基中孔生物质炭.采用L9(34)4因素3水平正交实验,探讨制备蔗渣基中孔生物质炭的实验方案与工艺条件;分析了浸渍比、烘干时间、活化温度、活化时间在3个不同水平下,对蔗渣基生物质炭碘吸附值、亚甲基蓝吸附值的影响.结果表明,对蔗渣基生物质炭孔结构和得率影响最大的因素是活化温度,影响最小的因素是烘干时间;实验范围内,提高活化温度有利于材料中孔结构的形成;最佳条件下制备的蔗渣基生物质炭其低温氮气等温吸附线有明显的回滞环,BET比表面积和总孔容分别为939 m2/g和1.35 mL/g,中孔占总孔容比例为89％,亚甲基蓝吸附值高达240 mg/g,远高于木质净水用活性炭国家一级标准(135 mg/g),属于典型的中孔炭.     

生物质基炭膜的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附

以生物质二层牛皮为原料,在控制热分解条件下制备了生物质基炭膜。利用TG/DTG、XRD、FT-IR、SEM、TEM和低温N_2吸附-脱附等方法对在不同炭化温度下(550~950℃)制备的生物质基炭膜形貌特征、孔隙结构及其表面化学性质进行了表征。考察了炭化温度、反应时间、溶液pH、加入量等因素对炭膜吸附溶液中铅离子的影响。表征结果表明:随着炭化温度的升高,生物质基炭膜碳微晶趋于石墨化发展,总孔容积持续增大,孔隙结构变得更加发达。实验结果表明:随炭化温度升高,生物质基炭膜对铅离子的吸附效果明显变好;在初始铅离子质量浓度为50 mg·L~(-1)、溶液pH为5.5、吸附剂加入量为1.5 g·L~(-1)、吸附时间为6 h的条件下,950℃下所制炭膜对铅离子有较好去除效果,去除率可达99.9%,吸附容量为32.76 mg·g~(-1)。     

3种生物质炭对活性艳蓝KN-R的吸附简

选择由玉米秸秆、稻壳和稻草秸秆在825℃制成的生物质炭作为吸附剂,通过模拟实验,研究其对溶液中活性艳蓝KN-R的吸附特性,考察了pH值、时间、溶液初始浓度和生物质炭用量对吸附效果的影响。结果表明,当pH为2.0时,玉米秸秆炭和稻壳炭对活性艳蓝的吸附量均达到最大,而pH对稻草秸秆炭的影响不大;三者达到吸附平衡的时间分别为180、300和360 min,最大吸附量分别为114.05、54.60和68.19 mg/g。等温吸附过程可以用Langmuir方程来描述;动力学实验表明,吸附过程更符合拟二级动力学模型;热力学数据分析发现,吸附过程是自发进行的吸热过程。     

热解气活化的活性炭对水体中甲萘威的吸附性能

以生物质混合压缩颗粒为原料,在600~900℃活化温度下,循环利用热解气制备活性炭,考察热解气的活化作用及活性炭对农药甲萘威的吸附性能。结果表明:热解气具有明显的活化作用,经过活化的炭与热解炭相比孔结构更加发达,表面更加粗糙;活化温度对活性炭理化性质具有显著影响,随温度升高,活性炭芳香性升高,极性降低,含氧官能团逐渐减少,比表面积由239.00 m~2·g~(-1)增加到629.20 m~2·g~(-1),平均孔径由5.438 nm减小至3.005 nm;Freundlich模型能够很好地拟合活性炭对甲萘威的吸附等温线,随活化温度升高,活性炭吸附能力增大;吸附动力学更符合伪二级反应动力学模型,60 h内基本实现吸附平衡;当活化温度为800℃,单位原料对甲萘威的吸附量最大。     

微波法制备污泥活性炭研究

采用微波加热法,以污水厂剩余污泥为原料,磷酸为污泥活化剂制备污泥活性炭.微波功率、辐照时间和磷酸浓度对污泥活性炭吸附性能具有显著影响,在最佳工艺条件微波功率480 W、辐照时间315 s和磷酸浓度40%条件下制得的活性炭碘值301 mg/g,比表面积168 m2/g,污泥中重金属绝大部分被固化.与传统商品炭相比,污泥炭孔隙结构以中孔为主.利用该活性炭处理城市生活污水处理厂出水,COD去除率可达87%以上,污泥炭的吸附等温线用Langmuir等温吸附模型进行描述.     

硝酸改性对不同介孔结构生物质炭铅吸附的影响

在通过成功制备2种不同介孔结构的生物质炭AC-1与AC-2的基础上,研究了硝酸氧化改性对不同介孔结构生物质炭铅吸附特性的影响与等温吸附特性。低温氮吸附测试表明,生物质炭AC-1与AC-2的微孔孔容相近,而介孔孔容相差较大,分别为0.319和0.535 cm3·g-1。改性后AC-2-HNO3的介孔孔容与表面含氧酸官能团含量均高于AC-1-HNO3。吸附数据表明,硝酸改性可增强介孔生物质炭对水中铅的吸附去除能力,特别是改性前吸附量较低的AC-2,由于具有较大的介孔孔容和介孔尺寸,经硝酸改性后对铅的吸附性能与去除率均高于微孔孔容相近的生物质炭AC-1,这表明增大介孔孔容与介孔尺寸不仅有利于在介孔炭上接枝活性吸附位,并可缩短被吸附重金属铅离子到吸附活性点的路径,增大硝酸改性生物质炭活性位点对水中铅离子的捕捉机率,从而增大改性生物质炭对铅的吸附性能。Freundlich模型能很好地描述改性前后4种炭对铅的吸附行为,说明上述生物质炭的吸附位主要是非均匀孔隙或表面。     

基于有效去除铅(Ⅱ)的中孔炭乙二胺改性与影响因素分析

通过硝酸氧化和乙二胺聚合成功在蔗渣基生物质中孔炭孔道内修饰多胺基团,以铅(Ⅱ)为探针,通过L9(34)正交实验探讨了硝酸浓度、氧化时间、乙二胺用量和反应时间等对多胺生物质炭吸附性能的影响,获得适宜的改性条件是硝酸浓度17.5%、氧化时间5 h、乙二胺用量125 m L、乙二胺改性时间48 h,根据正交实验数据分析了不同胺化条件下生物质炭对铅(Ⅱ)的吸附特性与机制。结果表明,乙二胺改性条件对生物质炭对铅(Ⅱ)吸附性能影响显著,不同条件下制备的胺化改性生物质炭铅(Ⅱ)吸附量相差35%;硝酸浓度对多胺生物质炭铅(Ⅱ)吸附性能的影响最大,高于乙二胺用量与改性时间,说明调节生物质炭孔道内羧酸基含量是调控胺化改性介孔炭的铅吸附性能的关键因素。胺化改性后生物质炭对铅(Ⅱ)的吸附行为更加符合Langmuir模型,表明改性后多胺生物质炭表面能量分布更加均衡,对铅(Ⅱ)的吸附更趋向于单分子层的均质吸附。     

改性活性炭吸附净化黄磷尾气中的H2S

研究了以Cu2 离子活性溶液制备改性活性炭吸附净化黄磷尾气中H2S的相关问题,考察了改性活性炭制备过程中的浸渍液浓度、干燥温度和焙烧温度的影响,以及温度和氧含量对吸附的影响;并对空白活性炭、改性活性炭吸附前后做SEM表征.研究结果表明,浸渍液浓度0.05 mol/L、干燥温度120℃、焙烧温度250℃为改性活性炭制备的最佳条件;吸附反应阶段较适宜的温度为95℃,氧含量为1%;结合扫描电镜初步表明,改性后的活性炭S容量增加,吸附效果明显.     

棉秆基活性炭的制备及其对2,4-二硝基苯酚的吸附

以棉秆为原料,以KOH为活化剂,制备了高比表面棉秆基生物质活性炭。分析了制得的活性炭的元素组成、表面官能团、吸附能力等物化性能,探讨了浸渍比,活化温度,活化时间等工艺参数对制备活性炭得率、表面官能团、碘值、亚甲基蓝值等性能的影响,并通过静态吸附实验比较了不同条件下制备活性炭对2,4-二硝基苯酚的吸附性能,探讨了典型炭样品对2,4-二硝基苯酚的等温吸附特性。结果表明,KOH活化棉秆基生物质活性炭的表面物化性质随浸渍比、活化温度等工艺参数变化而变化,活化适宜条件为浸渍比1：3、活化温度800℃、活化时间90 min,在此条件下制得的炭样的碘值为1 251 mg/g,亚甲基蓝吸附值为478 mg/g,分别是国家一级品标准的1.25倍与3.54倍;对2,4-二硝基苯酚的Langmuir最大吸附量为747 mg/g,与Freundlich模型相比,Langmuir模型能较好地描述2,4-二硝基苯酚在炭样上的吸附行为,表明制备活性炭样品表面吸附位的能量分布较为均一。     

微波辐照废木屑活性炭制备工艺优化及其应用

以微波为热源,Na2CO3为活化剂,采用化学活化法制备废木屑活性炭（AC）。采用Taguchi法考察了微波辐照功率、辐照时间、活化剂浓度、固液比对活性炭碘吸附值的影响。结果表明,微波辐照功率对活性炭碘吸附值的影响最显著,辐照时间次之,而固液比的影响不显著。优化的工艺参数为微波辐照功率440W、辐照时间9min、Na2CO3浓度15％、固液比1：2．5,该条件下AC的碘吸附值为1230．40mg／g,实验结果验证了Taguchi法的有效性。该条件下制得的AC用于处理印染废水,结果显示,对COD为239．5mg／L废水投加3g／L活性炭,在pH为11时吸附70min,COD的去除率达77．9％。     

钙化物在废弃物基活性炭制备过程中的影响

研究了以城市垃圾中3种典型的固体有机废弃物——锯木屑、纸张和塑料的热解产物(分别简称木炭、纸炭和塑料热解物)为原料,水蒸气为活化剂制备废弃物基活性炭时钙化物含量对活化过程、活性炭吸附性能(以碘值表征)及其孔结构的影响。结果表明,钙化物可加快活化反应的速度,且钙化物含量在1.5％时活化反应速度即已不再随钙化物含量的增加而增加;活性炭的吸附性能则随钙化物含量的增加而减少,同时钙化物对活性炭的孔径分布基本无影响,但降低了活性炭的比表面积、微孔孔容及中孔孔容;钙化物的2种前驱体（即CaO和Ca(OH)₂）对活化过程具有相同的催化作用。