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高性能铜藻基活性炭的制备及其改性研究

作　者: 周鸿艳
导　师: 艾宁
学　校: 浙江工业大学
专　业: 化学工程
关键词: 铜藻活性炭氯化锌表面改性硝酸吸附
分类号: TQ424.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

活性炭是一种性能良好、应用广泛的吸附剂,其传统原料来源受到资源、能源和环境等问题的限制,研究的目光逐渐从陆地转向海洋。同时,为提高活性炭的价值,通过制备工艺优化、表面改性等手段,开发具有选择性吸附能力的高品质活性炭成为当前研究热点。本研究以一种浙江优势大型海藻——铜藻为原料,在对其进行化学组成和热重分析的基础上,分别采用ZnCl2活化法和H3PO4活化法制备活性炭。以正交试验所得最佳工艺条件下制备的铜藻基活性炭为原料,进行HNO3表面改性,考察了HNO3浓度对铜藻基活性炭表面化学性质和吸附性能的影响。将改性前后的铜藻基活性炭应用于模拟废水中的Cr6+吸附。结果表明：(1)铜藻基活性炭性能可达木质净水用活性炭标准,是陆地传统活性炭原料的有效补充。(2) ZnCl2舌化法的最佳工艺条件为升温速率10℃·min-1、活化温度600℃、活化时间2h、浸渍比4,在保证得率超过30%的基础上,制备的活性炭比表面积2314.58m2·g-1,碘吸附值835.3mg·g-1,焦糖脱色率110.0%,性能明显优于其他大型海藻原料所制备活性炭。(3)铜藻基活性炭经HNO3氧化改性处理之后,表面含氧官能团含量增加,增大其吸附性能,但HNO3浓度过高同样会破坏其表面结构,减小吸附性能。以Cr6+的饱和吸附容量作为指标进行衡定,活性炭最佳的改性条件为：30%质量分数的HNO3溶液,对Cr6+的饱和吸附容量达49.1mg·g-1,比改性前活性炭提高了30%左右。(4) HNO3改性前、后的活性炭对Cr6+的吸附等温线可用Langmuir型吸附等温式进行拟合,吸附速率可用Lagrange准二级动力学模型拟合。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第—章文献综述  12-27
  1.1 引言  12
  1.2 新型活性炭源—大型海藻的特点及发展现状  12-14
    1.2.1 大型海藻的特点  13
    1.2.2 大型海藻的应用和问题  13-14
    1.2.3 铜藻及其应用前景  14
  1.3 活性炭的制备现状和发展  14-20
    1.3.1 活性炭的结构  14-15
    1.3.2 活性炭的原料  15-18
    1.3.3 活性炭的制备工艺  18-20
  1.4 活性炭表面改性  20-24
    1.4.1 活性炭表面化学特征  20-21
    1.4.2 活性炭改性方法  21-24
  1.5 本文研究目的和研究内容  24-27
第二章铜藻生物质原料分析  27-36
  2.1 试验原料及预处理  27
  2.2 铜藻元素分析  27-28
    2.2.1 分析方法及仪器  27-28
    2.2.2 分析结果及讨论  28
  2.3 铜藻工业分析  28-30
    2.3.1 分析方法及仪器  28-29
    2.3.2 分析结果及讨论  29-30
  2.4 铜藻生物组成分析  30-32
    2.4.1 分析方法及仪器  30-32
    2.4.2 分析结果及讨论  32
  2.5 铜藻金属离子含量分析  32-33
    2.5.1 分析方法及仪器  32-33
    2.5.2 分析结果及讨论  33
  2.6 铜藻热重分析  33-34
    2.6.1 分析方法及仪器  33
    2.6.2 分析结果及讨论  33-34
  2.7 本章小结  34-36
第三章铜藻基活性炭的制备及工艺优化  36-49
  3.1 试验装置及方法  36-38
    3.1.1 铜藻基活性炭的制备装置  36-37
    3.1.2 铜藻基活性炭的制备步骤  37
    3.1.3 铜藻基活性炭的分析方法  37-38
  3.2 铜藻颗粒对活化效果的影响  38-39
  3.3 铜藻基活性炭制备的正交试验  39-43
    3.3.1 正交试验设计  39-40
    3.3.2 正交试验结果与分析  40-43
  3.4 最优工艺条件下铜藻基活性炭的表征  43-47
    3.4.1 表面形貌和孔隙结构分析  44
    3.4.2 比表面积和孔结构分析  44-47
    3.4.3 讨论  47
  3.5 本章小结  47-49
第四章铜藻基活性炭的改性及对Cr(Ⅵ)的吸附  49-65
  4.1 试验方法和检测方法  49-51
    4.1.1 铜藻基活性炭的改性  49
    4.1.2 改性活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附  49
    4.1.3 改性活性炭分析方法  49-51
  4.2 改性活性炭的表面特性及孔结构特征分析  51-54
    4.2.1 Boehm法滴定  51
    4.2.2 傅里叶红外分析  51-52
    4.2.3 扫描电镜分析  52-53
    4.2.4 比表面积和孔结构分析  53-54
  4.3 改性活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附试验影响因素探讨  54-60
    4.3.1 活性炭去除水中Cr(Ⅵ)的机理  54-55
    4.3.2 不同改性条件的影响  55-56
    4.3.3 Cr(Ⅵ)溶液初始浓度的影响  56-57
    4.3.4 吸附温度的影响  57-58
    4.3.5 吸附pH值的影响  58-59
    4.3.6 讨论  59-60
  4.4 不同改性条件铜藻基活性炭的Cr(Ⅵ)吸附动力学探讨  60-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章结论与展望  65-68
  5.1 结论  65-66
  5.2 创新  66-67
  5.3 展望  67-68
参考文献  68-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间发表的论文  80

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