活性炭孔隙结构在其甲苯吸附中的作用

选用4种商用活性炭(AC),利用氮气绝热吸附、扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)测试了活性炭的物化性质。以甲苯为吸附质,在温度为298.15 K下进行了静态和动态吸附实验,研究了活性炭孔结构对其吸附性能、吸附行为、表面覆盖率和吸附能的影响。结果表明:活性炭的比表面积和孔容是其吸附性能主要影响因素,孔径在0.8～2.4 nm之间的孔容和甲苯吸附量之间存在较好的线性关系,且线性斜率随甲苯浓度增加而变大。甲苯吸附行为符合Langmuir吸附等温模型和准一阶动力学方程式。活性炭孔结构是甲苯吸附速率的主要制约因素。在甲苯快速吸附阶段,微孔为吸附速率主要制约因素,在甲苯颗粒内扩散阶段,微孔和表面孔为吸附速率的主要制约因素,在吸附末尾阶段,中孔和大孔为吸附速率的主要制约因素。4种活性积炭对甲苯的吸附能随其比表面变大而变大。     

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。     

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。     

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。     

活性炭纤维吸附含溴甲烷气体的性能

采用动态吸附法在25℃下,测定了3种活性炭纤维(ACF-1、ACF-2和ACF-3)对含溴甲烷气体的吸附性能和回收效果,并对活性炭纤维的孔结构进行表征.探讨了孔结构、溴甲烷浓度、气体流量、循环使用次数等因素对活性炭纤维吸附溴甲烷性能的影响.结果表明,活性炭纤维比表面积大小及0.4～0.8 nm左右的微孔数量决定了其对溴甲烷吸附性能的优劣;气体中溴甲烷的浓度的提高使活性炭纤维对溴甲烷的穿透和饱和吸附量增加,而气体流量的增加则使活性炭纤维对溴甲烷的穿透和饱和吸附量降低,但两者均使穿透和饱和吸附时间缩短;活性炭纤维多次循环使用后,对溴甲烷的吸附容量明显地降低,循环12次后达到稳定吸附,其稳定吸附值为133.5 mg/g.     

活性炭涂层电极电容去离子的性能

采用活性炭涂层电极构建电容去离子吸附装置,以氯化钠模拟含盐原水,研究电压、流量、进水浓度等操作参数对活性炭涂层电极脱盐效率和能耗的影响。实验结果表明,去除率和比吸附量随着电压的增大而增加,且比能耗随之增大。流速越小,出水的浓度越低,当对出水的浓度要求较高时,宜采用小流速。当进水浓度低于活性炭涂层电极的饱和吸附量时,比吸附量随着进水浓度呈线性增加;当达到饱和吸附量时,比吸附量不会随进水浓度的增大而发生改变;比能耗随着进水浓度的增加而降低。     

Mn改性活性炭吸附VOCs性能

采用浸渍焙烧法对活性炭进行负载锰(Mn)改性,考察改性活性炭对甲苯、乙酸乙酯及甲苯-乙酸乙酯二元混合气体的吸附性能.研究表明,活性炭浸渍于1.0％高锰酸钾溶液改性后的吸附性能最好.对于单组分VOCs气体,改性后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12.7％和16.3％;对于二元混合VOCs气体,改性后活性炭对甲苯及乙酸乙酯的吸附量分别提高了13.1％和22.9％.BET、SEM、FTIR等分析表明,Mn改性活性炭比表面积变大和总孔容增加是改性后吸附量提高的主要原因.     

亚甲基蓝在污泥活性炭上的吸附

以剩余污泥为原料,氯化锌为活化剂制备污泥活性炭。研究了初始pH值、吸附温度及离子强度对污泥活性炭吸附亚甲基蓝效果的影响。采用高分辨电子扫描电镜(SEM)和氮吸脱附曲线对污泥活性炭进行了表征。结果表明,随着pH值的升高,吸附量增大,碱性条件下最好。在15～55℃的范围内,亚甲基蓝的吸附量先增加后降低,温度为35℃时吸附量达到最大值。加入氯化钠后的污泥活性炭的吸附能力变弱,但随着离子强度的增大,变弱的强度减少。污泥活性炭以中孔为主和污泥活性炭具有不规则结构,预示着污泥活性炭较高的吸附能力。污泥活性炭对亚甲基蓝的吸附符合Lang-muir等温吸附方程。污泥壳活性炭对亚甲基蓝的吸附符合二级反应动力学方程反应特征。     

微孔-P25复合二氧化钛矿化挥发性有机物的性能

矿化效率不足是光催化净化VOCs技术应用的主要瓶颈之一。为提升矿化效率,以十二胺为模板剂,在P25表面构建微孔二氧化钛同质吸附层。利用表面光电压谱、氮气等温吸附-脱附、X射线衍射等研究其结构特性和对甲苯的光催化降解,并探讨微孔TiO_2和P25复合比例对催化剂性能的影响。结果发现,随着微孔复合比例增加,比表面积和甲苯平衡吸附量均显著提高。微孔复合比例小导致吸附对甲苯矿化的强化作用不明显,而微孔复合比例过高则造成材料光生载流子分离效率下降。微孔TiO_2和P25复合比例为8∶5时,催化剂对甲苯的矿化效率最高,分别是P25和微孔TiO_2的3.14和1.85倍。     

ZnCl2法污泥含炭吸附剂对模拟烟气中气态汞的吸附

采用改进的ZnCl2学活化法制备污泥含炭吸附剂,利用EDS以及氮吸附等多种测试手段对所制得的污泥含炭吸附剂进行表征,并利用其处理模拟烟气汞污染物,实验结果表明,污泥含炭吸附剂对Hg^0吸附包括物理吸附作用和化学吸附作用,以物理吸附作用为主;随着Hg^0入口浓度的提高,污泥含炭吸附剂的Hg^0饱和吸附容量增大;随着吸附反应温度的升高污泥含炭吸附对Hg^0的吸附作用减弱;在吸附反应温度125℃,Hg^0入口浓度60．4μg／m3污泥含炭吸附剂和选定的活性炭对Hg^0吸附容量分别为81．2gg／g和53．8μg／g,污泥含炭吸附剂对Hg^0吸附作用好于选定的活性炭。     

ZnCl_2法污泥含炭吸附剂对模拟烟气中气态汞的吸附

采用改进的ZnCl2化学活化法制备污泥含炭吸附剂,利用EDS以及氮吸附等多种测试手段对所制得的污泥含炭吸附剂进行表征,并利用其处理模拟烟气汞污染物,实验结果表明,污泥含炭吸附剂对Hg0的吸附包括物理吸附作用和化学吸附作用,以物理吸附作用为主;随着Hg0入口浓度的提高,污泥含炭吸附剂的Hg0饱和吸附容量增大;随着吸附反应温度的升高污泥含炭吸附对Hg0的吸附作用减弱;在吸附反应温度125℃,Hg0入口浓度60.4 ug/m3,污泥含炭吸附剂和选定的活性炭对Hg0的吸附容量分别为81.2 ug/g和53.8 ug/g,污泥含炭吸附剂对Hg0的吸附作用好于选定的活性炭.     

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。     

KMnO4改性活性炭对臭气中甲硫醇的吸附特性

针对普通活性炭对污水厂臭气中甲硫醇吸附量低的问题,采用KMnO4浸渍改性以获得高甲硫醇吸附量的改性活性炭,通过低温氮吸附仪、扫描电子显微镜和Boehm滴定等表征揭示改性后活性炭吸附量提高的原因,并进行改性活性炭吸附甲硫醇的动力学和热力学研究。结果表明:在KMnO_4浓度为1%、温度为25℃、活性炭与浸渍液质量比为8∶100的条件下浸渍6 h,改性活性炭对甲硫醇的静态吸附量最高,达到344.22 mg·g~(-1),是未改性前的4.04倍:改性活性炭对甲硫醇吸附量提高的原因主要是表面碱性基团的增加(是原来的2.53倍),以及微孔容积和比表面积的增加。改性活性炭对甲硫醇的吸附符合准二级动力学模型,同时粒子内扩散模型显示吸附过程由气相扩散和内扩散共同作用;符合Freundlich吸附等温方程,具有多层吸附特征,且吸附容易进行,属于优惠吸附,是一个自发、放热和熵减的过程,升温不利于对甲硫醇的吸附。     

ZnCl2法污泥含炭吸附剂对模拟烟气中气态汞的吸附

采用改进的ZnCl₂化学活化法制备污泥含炭吸附剂,利用EDS以及氮吸附等多种测试手段对所制得的污泥含炭吸附剂进行表征,并利用其处理模拟烟气汞污染物,实验结果表明,污泥含炭吸附剂对Hg0的吸附包括物理吸附作用和化学吸附作用,以物理吸附作用为主;随着Hg0入口浓度的提高,污泥含炭吸附剂的Hg0饱和吸附容量增大;随着吸附反应温度的升高污泥含炭吸附对Hg0的吸附作用减弱;在吸附反应温度125℃,Hg0入口浓度60.4 μg/m³,污泥含炭吸附剂和选定的活性炭对Hg0的吸附容量分别为81.2 μg/g和53.8 μg/g,污泥含炭吸附剂对Hg0的吸附作用好于选定的活性炭。     

化学改性对活性炭吸附磺胺甲恶唑和布洛芬的影响

以5种化学改性剂(NH3、HCl、H2SO4、HNO3和H2O2)对活性炭进行改性,考察了化学改性对活性炭吸附磺胺甲恶唑(SMX)和布洛芬(IBP)的影响,并结合活性炭改性前后孔结构和表面化学性质的变化特征,利用Pearson相关性分析法,分析了活性炭各项理化指标与其吸附量之间的相关性。结果表明,与原炭相比,各种改性炭对SMX和IBP的吸附能力均有较大幅度提高,24 h时吸附量分别提高了36%~59%和8%~42%。活性炭的比表面积、孔容等物理性质与吸附量的相关系数绝对值均在0.4以内,表现为弱相关。对于SMX,活性炭的羧基官能团与吸附量相关系数r值在0.6~0.8之间;对于IBP,羧基、内酯基分别在吸附的前期和中后期与吸附量表现为强正相关,r达到0.6~0.8以上。本研究中活性炭的表面含氧官能团对其吸附能力表现出更为显著的影响。     

废弃物基活性炭吸附挥发性有机污染物特性的研究

研究了废弃物基活性炭对挥发性有机污染物中的典型组分--甲苯的吸附特性.结果表明,废弃物基活性炭吸附甲苯等温线的类型系优惠型吸附等温线,表明具有良好的吸附能力;同时其吸附甲苯时穿透时间的对数与甲苯入口浓度的对数之间具有良好的线性相关性,即可由吸附高浓度甲苯时的穿透时间估算低浓度时的穿透时间;动态吸附时废弃物基活性炭的中孔对甲苯亦具有一定的吸附性能.     

稻壳活性炭制备及其对磷的吸附

利用农业废弃物稻壳经炭化、活化、酸洗、水洗和干燥等工艺制备出一种富含微孔和中孔结构的稻壳活性炭,其BET比表面积达886.3 m2/g。通过正交实验优化了稻壳活性炭对磷吸附条件,并在该条件下进行了吸附等温和吸附动力学实验研究。结果表明,稻壳活性炭对磷的吸附等温曲线能较好符合Langmuir模型(R2=0.9284)和Freundlich模型(R2=0.9208),由Langmuir线性拟合方程可得稻壳活性炭对磷饱和吸附量达6.93 mg/g;稻壳活性炭对磷的吸附过程可用准二级动力学方程描述(R2=0.9968),吸附速度较快,颗粒内扩散为该过程控速阶段。稻壳活性炭作为一种易得、廉价、高效的填料,在农村分散型污水生态处理技术中,具有良好的应用前景。     

污泥活性炭固定床吸附甲苯

采用ZnCl2化学活化法制备的污泥活性炭用于固定床吸附甲苯实验,研究了吸附剂床层厚度、甲苯初始浓度、气体线速等操作条件对其吸附性能的影响,并建立了污泥活性炭吸附甲苯的传质模型,计算不同操作条件下的传质区长度和物质总传质系数。结果表明,当床层厚度从3 cm增加到7 cm,传质区长度基本不变,物质总传质系数增加了66.66%;当甲苯初始浓度增大3.36倍,传质区长度增加了17.19%,而物质总传质系数降低了22.05%;在实验流速范围内,气体线速变为原来的2倍,物质总传质系数增加了65.27%,说明污泥活性炭对甲苯吸附属于外扩散控制。     

超声前处理强化活性炭吸附活性艳红X-3B染料废水

探究了超声前处理活性艳红X-3B染料废水强化活性炭吸附降解性能及不同超声参数的影响规律,包括超声功率和超声时间。研究结果表明,超声前处理活性艳红X-3B染料废水可通过空化效应使有机大分子裂解为小分子易于被活性炭吸附,同时可强化其到活性炭微孔中传输,提高了活性炭吸附降解性能,最佳超声功率为320 W。浓度越高,所需超声时间越长,当超声达到一定时间后,继续超声不会影响染料分子的吸附。超声前处理虽然不会改变吸附平衡时间,但可有效增加活性炭处理活性艳红X-3B染料废水的饱和吸附量。