颗粒活性炭的制备及其PSA分离CH4/N2的性能

以无烟煤为原料,煤焦油为黏结剂,采用预氧化-炭化-水蒸气活化法制备了变压吸附(PSA)分离甲烷/氮气(CH4/N2)用的颗粒活性炭( GAC).系统研究了炭化和活化制备条件对GAC的PSA分离效果的影响.结果表明,GAC分离CH4/N2是基于平衡分离效应.在炭化温度500～ 600℃,炭化时间1～3h,活化温度800～950℃,活化时间2～4h,水蒸气流速5～7 mL/min条件下制备的GAC能够将CH4/N2中的CH4体积分数较原料气提高20％以上;其中,在炭化温度600℃,炭化时间2.5h,活化温度900℃,活化时间2h,水蒸气流速5mL/min的条件下制备的GAC能够将CH4体积分数较原料气提高36.6％.     

高锰酸钾改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附特性

选用农林剩余物加工制得生物炭,用强氧化剂(KMnO_4、H_2O_2、HNO_3)对生物炭进行化学改性,选择最佳改性方法。通过吸附试验得出用0.01 mol/L KMnO_4改性的生物炭除铀效果最佳。采用KMnO_4改性的生物炭对废水中的铀进行吸附,考察吸附剂投加量、溶液pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度等因素对U(Ⅵ)去除效果的影响。结果表明,当吸附剂投加量为0.3 g/L、U(Ⅵ)质量浓度为10mg/L、溶液pH=6、温度为25℃、吸附时间为120 min时,改性生物炭对U(Ⅵ)的去除效果最佳,吸附量达到32.57 mg/g,比未改性前提高了67.9%。对改性前后的生物炭进行了SEM、XRD、FTIR表征及表面含氧官能团测定、吸附动力学分析。结果表明,改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学方程及Langmuir等温吸附模型(决定系数R20.99)。这表明对溶液中铀的去除可能是化学沉淀作用的结果,改性后含氧官能团增加,对溶液中铀的去除也可能存在官能团络合作用与表面吸附,使吸附剂化学吸附能力增强,除铀能力提高。     

改性稻秆阴离子吸附剂的制备及对硝酸根吸附研究

NO_3~-对水环境是污染物,对土壤而言则是肥料,因此NO_3~-高效吸附剂的研发对于水环境治理和土壤保肥均有重要意义。以废弃稻秆为原料,结合物理、化学改性手段制备出稻秆(RS)、生物炭稻秆(RS-B)、乙二胺稻秆(DMF-RS)和乙二胺生物炭稻秆(DMF-RS-B) 4种NO_3~-吸附剂,通过SEM和FTIR等方法表征其表面特性和官能团特性确定改性情况,对比4种吸附剂对NO_3~-的去除效果和有机碳源溶出量。结果表明,4种吸附剂中DMF-RS-B对NO_3~-的去除效果最好。在NO_3~-初始质量浓度为30 mg/L,吸附剂投加量为4g/L,pH=2,吸附时间为10 min时,其最大去除率可达61. 22%,表观吸附量达15. 31 mg/g。吸附剂对NO_3~-的吸附过程符合D-R吸附等温方程(R~2 0. 99),吸附过程为多分子层吸附且是自发放热过程。通过实际水样测试,DMF-RSB对NO_3~-的吸附效果显著,且出水无二次污染。本吸附剂亦可作为缓释固相碳源及土壤保肥(氮肥)材料,是绿色无污染的吸附剂。     

玉米芯生物炭对含盐污水中氨氮的吸附特性

以玉米芯为原料制备生物炭,并采用"盐酸+超声波"改性,研究了其对含盐污水中氨氮的吸附特性。结果表明,改性玉米芯生物炭的比表面积和酸性含氧官能团含量较改性前分别提高了7.5、18.2倍,在氨氮初始质量浓度为40 mg/L、盐度为0.45%、p H值为5.0、投加量为2.5 g时,对氨氮的吸附率可达79.4%。改性玉米芯生物炭在含盐条件下对氨氮的吸附过程更符合准二级动力学模型和Langmuir模型,理论最大吸附量为2.538 2~2.842 6 mg/g,显著高于改性前。热力学分析表明,玉米芯生物炭对含盐污水中氨氮的吸附主要为物理吸附,且是自发、放热及熵增加的过程。以HCl为解吸剂,改性前后玉米芯生物炭的最佳吸附-解吸循环次数分别为3、7次,再生后对氨氮的平衡吸附量分别为解吸前的85.1%、93.8%。     

活性炭表面改性和苯吸附性能的研究

为了提高活性炭的吸附性能,用N2和NH3对四种不同活性炭进行表面改性。对改性前后的活性炭分别进行了苯吸附实验、碘值和亚甲基兰值表征以及贝姆滴定实验后,结果发现:表面还原改性在一定程度上促进了活性炭的孔结构发育,可以提高活性炭的吸附性能,增加了活性炭表面的碱性官能团的含量;四种活性炭中的羧基含量都比较高,改性后羧基含量大幅下降;表面改性对煤质活性炭的苯吸附值变化不大,但对木质活性炭的防护性能提高明显,NH3改性比N2改性更能提高活性炭对苯的吸附性能。     

磁性生物炭的制备、表征及对磷的吸附特性

处理成本高、分离难度大是当前湖库等相对封闭水体磷治理工程中的主要问题。为此,以廉价农林废弃物花生壳为主要前驱物与Fe_3O_4纳米颗粒复合制备一种低成本、可磁分离的磁性生物炭吸附剂,研究了热解温度(400℃、500℃、600℃)、溶液pH值、阴离子(Cl~-和SO_4~(2-))共存等因素对复合材料吸附性能的影响。结果表明,复合后的磁性生物炭最大吸附量相比复合前提升了3~5倍。动力学数据拟合结果表明,拟二级动力学方程能较好地拟合吸附过程。磁性生物炭的零电荷点(均7.5)与前驱物的热解终温在试验范围内呈现明显的正相关,表明引入Fe_3O_4后可明显增加磁性生物炭表面电荷,进而有效提升吸附性能。此外,阴离子共存试验表明,磁性生物炭对磷具有较好的选择性。     

改性活性焦的制备及吸附性能研究

研制出了以普通煤为主要原料的活性焦,并对其机械强度和碘吸附率进行了测试.为了考察活性焦对烟气中SO2和NOx的脱除性能,在自行设计组装的吸附塔上,进行了模拟烟气脱硫脱氮的实验.结果表明: 1) 改性活性焦碘吸附率能达到59%,转鼓强度达到98%; 2) 在一定条件下,脱硫率达到98%,脱氮率达到86%; 3) 改性活性焦可用水蒸气进行再生,且再生效果较好.4) 金属氧化物的加入在一定程度上可以提高活性焦的脱硫脱氮性能及再生性能.     

改性纳米Fe_3O_4去除水溶液中四环素的研究

利用共沉淀法制备了表面活性剂PVP-K30以及PEG-4000改性纳米Fe3O4吸附剂,采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、震动样品磁强计(VSM)表征了改性Fe3O4的形貌、尺寸以及磁性质;以盐酸四环素(TC)为吸附对象,研究了改性剂、反应温度和TC起始质量浓度等对Fe3O4吸附性能的影响,同时利用红外光谱仪(IR)研究吸附机理。结果表明,改性后纳米Fe3O4结晶度及分散性明显提高,较25 nm的未改性Fe3O4,PVP和PEG-4000改性Fe3O4颗粒分别减小至20 nm和10 nm;同时改性产物均保持了较高磁性性能。在吸附盐酸四环素(TC)过程中,PEG-4000改性Fe3O4吸附容量最高(47.62mg/kg),PVP改性Fe3O4的吸附能力(36.1 mg/kg)优于未改性Fe3O4(13.45 mg/kg)。PEG-4000改性Fe3O4吸附TC过程中,Langmuir等温线模型优于Freundlich等温线模型,表明吸附剂对四环素分子为单层分子吸附,其吸附动力学遵循孔内扩散模型,并以表面吸附为主,粒内扩散为辅;改性Fe3O4吸附TC行为中羟基间形成的氢键起主要吸附作用。改性Fe3O4吸附剂经3次解吸仍显示出较高的吸附容量。     

无烟煤对超临界态CH4-CO2气体吸附特性研究*

为探究无烟煤对超临界态CH4-CO2混合气体的吸附特性,采用重量法开展无烟煤对纯CH4与纯CO2气体、3种体积浓度CH4-CO2混合气样的超临界等温吸附实验,应用过剩吸附理论和Langmuir单层吸附理论,通过校正绝对吸附量、计算吸附相密度、煤的比表面积以及测定吸附平衡后游离态气体组分,探究由亚临界状态到超临界状态下无烟煤吸附纯CH4、纯CO2以及混合气体的吸附相密度变化特征、混合气吸附特征以及吸附分子层数。研究结果表明:煤对纯CH4与纯CO2、混合气体过剩吸附量随着压力增大呈现出先增大后减小的峰值型曲线;CH4绝对吸附量随吸附压力增大不断增大,接近CH4临界压力时,绝对吸附量缓慢增加并趋于稳定。低压下CH4在煤颗粒中以单层吸附为主;超过临界压力后出现表面局部2层吸附的现象;1~3 MPa 时,CO2在煤颗粒中即表现出2层吸附为主的现象,随压力增大甚至出现局部4层吸附的现象,煤颗粒对CO2有更大的吸附能力。     

活性炭对酚醛类化工废水深度处理的动态吸附性能研究

为活性炭应用于酚醛类化工废水深度处理，研究了活性炭对此类废水中有机物的动态吸附性能以及氮的去除。通过动态吸附试验，选出吸附效果最佳的活性炭，研究其对废水中有机物的等温吸附和动力学，并利用比表面积(BET)测试法和傅里叶红外光谱(FTIR)表征技术分析活性炭表面特征，同时探讨不同因素对吸附的影响，再以床厚服务时间(Bed-Depth-Service Time, BDST)模型对动态试验数据进行线性拟合分析。结果表明：椰壳炭吸附效果最好，朗格缪尔(Langmuir)吸附等温线模型和拟二级动力学模型可以较好地描述其动态吸附行为；吸附过程中粒子内扩散并不是唯一的限速步骤，有机物的吸附主要发生在边界层扩散阶段；根据椰壳炭孔状结构的变化说明吸附主要发生在微孔区；—OH、—COOH、■等官能团能与有机物相互反应，主要涉及氢键、π-π相互作用、静电引力；含氮化合物会与有机物产生竞争吸附，影响其吸附量；BDST模型不仅可以有效描述吸附床高度与穿透时间之间的关系，而且能够准确地预测新的操作条件下的有机物穿透时间，误差均小于5%。     

新疆某石化污水库周边土壤对锶的吸附特征研究

以新疆某石化污水库周边土壤为例,采用静态吸附试验法研究土壤对Sr2+的吸附特征。通过单因素法研究初始pH值、反应温度、离子强度、时间、Sr2+初始质量浓度等因素对土壤吸附Sr2+的影响,并对吸附机理进行了初步探讨。结果表明,供试土壤对Sr2+有较强的吸附能力,溶液pH值对土壤吸附Sr2+的影响较显著。在3 h左右供试土壤对Sr2+的吸附量达到最大值,3 h后吸附量略有下降,并逐渐稳定。供试土壤对Sr2+的吸附量随溶液离子强度的增加而减小;但当离子浓度大于0.2 mol/L时,土壤对Sr2+的吸附量又呈增加趋势。试验数据拟合结果表明,供试土壤对Sr2+的吸附符合Henry和Fre-undlich方程;在吸附3 h内供试土壤对Sr2+吸附基本可以用一级动力学方程描述。     

常压下煤对N2/CO2/CH4单组分气体吸附特性研究

为了研究常压不同条件下煤样对N2/CO2/CH4单组分气体的吸附特性,以Langumir单分子层吸附模型为依据,对其吸附阶段进行划分,选择长焰煤、气肥煤和无烟煤分别进行了单组分气体吸附试验,探讨不同试验条件对煤吸附量的影响。结果表明:在常压阶段,煤对单组分气体的吸附规律服从Langumir单分子层吸附模型的第一阶段,吸附量与压力正相关;煤的变质程度、吸附温度及压力和吸附气体的种类是影响吸附量的主要因素,并在不同情况下对煤吸附量的影响程度不同;高低变质煤样对吸附量的影响大,而中等变质程度的影响小;温度是低压阶段影响吸附量的主要因素;吸附气体种类对吸附量的影响是由于其自身物化性质差异,相同试验条件下煤对3种单组分气体的吸附量从大到小为CO2、CH4、N2。     

热改性活性炭吸附甲萘威的性能

在N2保护下采用不同高温对活性炭进行热改性,得到了4种改性活性炭(AC-1至AC-4)。采用气体吸附仪、Boehm滴定、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对活性炭表面的物化性质进行了表征。通过等温吸附试验考察了改性前后活性炭对甲萘威的吸附性能,确定了最佳改性温度为600℃,探讨了活性炭的吸附能力与其表面物化性质之间的关系。结果表明:热改性使活性炭表面的物化性质发生了改变,活性炭对甲萘威的吸附量与其比表面积、孔容、表面酸性官能团和O元素含量具有显著相关性;活性炭对甲萘威的吸附行为符合准二级吸附动力学方程和Langmuir等温吸附方程,颗粒内扩散模型表明内扩散不是控制活性炭吸附速率的唯一阶段。     

受限空间内惰性气体对CH4爆炸抑制特性研究

N2和CO2是常用的惰性抑爆气体,为研究两种气体的抑爆特性,采用20L球形爆炸试验装置,分析了不同浓度配比条件下N2/CH4/空气以及CO2/CH4/空气混合气体的爆炸压力,同时采集爆炸后的气体样品,对比分析爆炸后残留气体的主要成分。结果显示:随CH4浓度从5%增加至12.5%时,完全抑制CH4爆炸需要的惰性气体最小量先增大后降低,CH4浓度在6.5%~7.5%之间时,抑爆需要的惰性气体的量最大;在同一CH4浓度条件下,抑爆需要N2的量大于CO2,并且CH4浓度在5%~6.5%时,抑爆需要两种惰性气体的量值差别最大;当CH4浓度一定时,随着加入惰性气体量的增大,爆炸最大超压逐渐降低,惰性气体浓度和爆炸超压之间基本呈线性关系;在同样条件下,相对于N2,CO2为抑爆气体时,爆炸后腔体内残留的CH4浓度较高。研究成果为惰性气体抑爆技术提供技术支撑,同时为揭示惰性气体抑爆机理有一定作用。     

煤吸附硫化氢混合气体的试验研究*

为研究煤层硫化氢（H2S）吸附特性,厘清煤层H2S赋存规律及改善H2S防治效果,采用分压测试法研究煤对H2S的吸附规律。以山西保利铁新煤业有限公司9#煤为研究对象,分别使用N2,He/H2S,N2/H2S为吸附介质开展等温吸附试验,分析煤对H2S及含H2S混合气体的吸附特性及影响因素。结果表明:煤对H2S的吸附量随压力升高而增加,随温度升高而降低,且温度对煤吸附H2S吸附量影响较大;H2S及N2/H2S混合气体的吸附曲线均符合Langmuir吸附模型,煤吸附N2/H2S混合气体时,H2S和N2存在竞争吸附,且N2吸附能力优于H2S;等温条件下,N2竞争吸附量随吸附压力的增加而增大,等压条件下,N2的竞争吸附量受温度影响较小。     

黍糠、菜籽饼生物炭的制备及其对重金属镉(Cd2+)的吸附

利用黍糠、菜籽饼在不同温度下制备生物炭,以确定最佳制备温度及最佳吸附材料。结果表明,2种生物炭对镉(Cd~(2+))的吸附效果随制备温度上升而升高,黍糠生物炭的吸附效果更好。综合考虑产出率、吸附效果与能耗,得到最佳生物炭材料为黍糠,最佳制备温度为600℃。经2种生物炭吸附后,Cd~(2+)溶液的pH值均呈上升趋势,而黍糠生物炭调节pH值的能力更强。2种生物炭清洗后的吸附效果均有下降,表面沉淀是未清洗的生物炭对重金属离子吸附作用的机理之一。600℃黍糠生物炭对Cd~(2+)的吸附符合Langmuir吸附等温线,表明黍糠生物炭对Cd~(2+)的吸附为单分子层的吸附,且吸附剂表面均匀。使用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)、多通道比表面积和孔径分析仪(BET,Multi-channel specific surface area and pore size analyzer)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR,Fourier Transform Infrared Spectroscopy)和综合热分析仪(STA,Synchronous Thermal Analyzer)对黍糠生物炭进行了表征。结果表明,黍糠原材料具有丰富的官能团,随热解温度升高,脂肪族官能团逐渐弱化消失,而芳香性结构与官能团逐渐凸显出来,因而能更多地吸附重金属Cd~(2+)。黍糠生物炭对重金属的吸附不主要依赖比表面积和孔隙结构,而是多种化学作用的结果,如表面沉淀、与官能团络合和阳离子-π键吸引。     

基于核磁共振技术不同煤样吸附CH4实验研究

为研究CH4在高、中、低阶3种煤样(无烟煤、焦煤、长焰煤)中的吸附特性及分布规律,采用低场核磁共振技术在不同吸附时间、不同压力条件下分别进行不同煤样的吸附甲烷实验.从微观上分析时间效应、变质效应、压力效应对煤吸附CH4的影响规律及甲烷在煤上各个孔径阶段分布变化.结果表明:随着吸附时间的增大,3种煤样的吸附态T2谱振幅积...     

绿色合成磁性水热炭及对亚甲基蓝的吸附研究

以废旧锂离子电池和果树残枝为原料,采用绿色生物"浸提+水热"即"一锅烩"法,构建一种新型磁性水热炭.利用X-射线衍射(XRD)、比表面测试(BET)、扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)和振动样品磁强计(VSM)等仪器对磁性水热炭进行物相、形貌、结构和磁性特性分析.通过静态吸附试验考察磁性水热炭对亚甲基蓝(MB)的吸附行为,从吸附pH值影响、吸附平衡和吸附动力学方面对吸附过程进行分析,并探讨吸附机理以评估材料寿命.结果表明,磁性水热炭兼备磁性铁氧体特征峰和水热炭特征峰,符合物相设计要求,其中铁氧体质量分数为20％时,材料吸附性能最优,其SBET为15.17 m2/g,饱和磁化强度为10.36 emu/g.当pH=8时,磁性水热炭对MB的吸附效率高达98.6％,吸附动力学过程符合伪二级(PSO)模型,即吸附过程主要由化学吸附控制,其中Langmuir模型适宜于描述吸附平衡,最大吸附容量qe为46.32 mg/g,FT-IR和XPS分析显示,C=C和金属氧化物键(M-O)为MB的主要吸附位点.磁性水热炭经5次循环使用后,材料的物相、微观形貌和磁性特性无显著变化,对MB的吸附效率仍保持在90.3％,表明产品稳定性较好且易于磁分离回收.     

松针炭载铈材料对罗丹明B的吸附性能研究

在氮气氛围下热解制备松针炭,采用浸渍法将硝酸铈负载到松针炭上,在300℃氛围中焙烧2 h,制得铈改性松针炭.用罗丹明B溶液模拟染料废水,分别研究松针炭和铈改性松针炭对罗丹明B的吸附效果.实验表明:加热温度为300℃、升温速率为10℃/min、加热时间为2 h时,制备的松针炭对罗丹明B的去除率为68.8％;浸渍浓度为0....     

改性海泡石对Cu~(2+)和Zn~(2+)混合溶液吸附效果研究

用HCL和HNO3对天然α-型海泡石进行改性,450℃下焙烧制得改性海泡石,改性不仅提高了海泡石化学活性,而且由于方解石矿物的消解使样品中海泡石含量从67%提高到约85%。利用改性海泡石对质量浓度为40 mg/L的Cu SO4和Zn SO4的混合溶液进行吸附,结果表明,改性海泡石的吸附性能可提高约2.3倍;0.4 mol/L的HCL改性后的海泡石和0.5 mol/L的HNO3改性后的海泡石对Cu2+和Zn2+的吸附情况最好,吸附率都达到了100%,结果符合离子干扰的规律。通过经济分析得出,HCL改性后的海泡石效果最好、也最经济。