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羊骨基活性炭的制备及吸附性能研究

作　者: 阿依努尔·达吾提
导　师: 司马义·努尔拉；迪丽努尔·塔力甫
学　校: 新疆大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 羊骨 活性炭 孔结构 重金属 静态吸附 动态吸附
分类号: TQ424.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本研究采用成分分析、差热分析等确定了羊骨原料的主要成分以及热分解情况,以其为原料,经ZnCl2活化法、CO2活化法制备出羊骨基活性炭,采用BET分析、能谱分析、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等手段表征了其孔结构,就羊骨基活性炭对重金属的静态及动态吸附实验进行了研究。以氯化锌、二氧化碳为活化剂,采用正交实验、单因素实验及响应曲面法,研究和优化了骨基粒度、浸渍时间、活化剂浓度、炭化时间、炭化温度、活化时间、活化温度、CO2流量对活性炭产品性能（碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、得率）的影响规律;对采用ZnCl2活化法制备的羊骨基活性炭进行了含Pb（II）重金属废水的静态吸附实验,研究了振荡时间、活性炭投加量、pH、温度和溶液初始浓度对Pb（II）的吸附量及去除率的影响;对采用CO2活化法制备的羊骨基活性炭进行了含Pb（II）、Cr（VI）、Cd（II）、Hg（II）重金属废水的动态吸附实验,研究了重金属离子溶液流速、重金属离子浓度、pH值对重金属吸附量及去除率的影响,分析了羊骨基活性炭对重金属离子的吸附机理,并对活性炭的最大吸附容量、解吸剂种类及其浓度的选择、重复吸附次数进行了实验研究。经实验研究得出ZnCl2活化制备羊骨基活性炭的最佳工艺条件为:活化剂浓度0.05 mg/100L、浸渍时间36h、活化温度350℃、活化时间10min最佳碘吸附值407.35(mg·g-1)、比表面积59.22（m2/g）;以CO2为活化剂时采用响应曲面法优化的羊骨基活性炭最佳制备工艺条件为:活化温度487℃、活化时间9.8min、CO2流量100 mL/min,最佳碘吸附值408.56(mg·g-1)、比表面积55.29（m2/g）,预测方程为:Y=404.28-6.35x1+0.79x2+3.97x3+3.17x1x2-6.35x1x3-1.59x2x3-25.14x12-20.37x22-1.32x32相关系数R2为0.9224;以CO2活化为活化剂时采用正交实验法优化制备羊骨基活性炭最佳制备工艺条件为:炭化温度400℃、炭化时间40min、活化温度550℃、活化时间10min、二氧化碳流量80mL/min,最佳碘吸附值438.15(mg·g-1)、比表面积128.80（m2/g）;ZnCl2活化法制备的羊骨基活性炭对Pb（II）的静态吸附条件为:Pb（Ⅱ）溶液的初始浓度80 mg/L、活性炭投加量0.10 g、吸附时间6 h、溶液温度45℃,最佳吸附量4.99mg/g;CO2活化法制备的羊骨基活性炭对Pb（II）、Cr（VI）、Cd（II）、Hg（II）的动态吸附条件:流速为10.2mL/min、最佳浓度分别为:40mg/L、8mg/L、1.5mg/L、0.4μg/L,活性炭投加量分别为:0.7g、0.7g、0.7g、0.1g,吸附溶液pH值分别为:Pb（II）、Cd（II）pH=7-8、Cr（VI）为酸性、Hg（II）pH=5-6。最大吸附容量分别为10mg/g;所选最佳解吸剂为HNO3及其浓度为0.3mol/L,重复吸附次数为六次以下。这两种羊骨基活性炭对N2吸附等温线的形状相似于第II型,属于多分子层吸附。总之,本论文提出的化学活化法及物理活化法制备羊骨基活性炭的新工艺,能够减少坏境污染、提高羊骨的附加值、拓宽活性炭生产的原料来源,为固体废弃物的资源化开辟了新的理论依据。将所得产品用于处理重金属废水,对实现有色金属工业的治污利废、发展循环经济具有重要的意义。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章 前言  10-22
  1.1 引言  10
  1.2 活性炭的制备工艺及研究进展  10-17
    1.2.1 活性炭的应用历史背景  10-11
    1.2.2 活性炭的原料  11-13
    1.2.3 活性炭主要制备方法  13-14
    1.2.4 活性炭的应用  14-15
    1.2.5 活性炭的发展趋势  15-17
    1.2.6 活性炭生产中的几个突出问题  17
  1.3 动物骨资源状况及应用现状  17-18
    1.3.1 我国动物骨的资源状况  17-18
    1.3.2 动物骨综合利用技术现状  18
    1.3.3 国内外动物骨基活性炭利用现状  18
  1.4 选题依据及主要研究内容  18-20
    1.4.1 选题依据  18-19
    1.4.2 主要研究内容  19-20
  1.5 本课题的提出及创新点  20-22
    1.5.1 本课题的提出  20-21
    1.5.2 本课题的创新点  21-22
第二章 实验部分  22-32
  2.1 原料及设备  22-23
    2.1.1 原料  22
    2.1.2 主要仪器和设备  22-23
  2.2 实验装置  23-24
  2.3 分析方法  24-32
    2.3.1 羊骨的成分分析  24-25
    2.3.2 碘吸附值的测定  25-27
    2.3.3 亚甲基蓝吸附值的测定  27-29
    2.3.4 羊骨基活性炭得率测定  29
    2.3.5 差热分析  29
    2.3.6 能谱分析  29-30
    2.3.7 BET 分析  30
    2.3.8 XRD 谱图分析  30
    2.3.9 扫描电镜（SEM）分析  30-32
第三章 羊骨基活性炭物制备的实验研究  32-51
  3.1 羊骨的原料分析  32-33
    3.1.1 羊骨的成分分析  32
    3.1.2 羊骨热性能分析  32-33
    3.1.3 原料的脱水脱脂预处理  33
  3.2 化学活化法制备活性炭工艺条件的优化  33-39
    3.2.1 活性炭制备流程  33
    3.2.2 活化剂的选择  33-34
    3.2.3 正交实验研究  34-36
    3.2.4 单因素试验  36-39
  3.3 物理活化法制备羊骨基活性炭的实验研究  39-50
    3.3.1 物理活化法制备活性炭的工艺流程  39
    3.3.2 CO_2活化法制备羊骨基活性炭  39
    3.3.3 响应曲面法优化及预测物理活化法制备羊骨基活性炭的工艺条件  39-46
    3.3.4 正交实验法优化物理活化法制备羊骨基活性炭的工艺条件  46-50
  本章小结  50-51
第四章 羊骨基活性炭的性能表征  51-62
  4.1 原料及羊骨基活性炭的能谱分析  51-52
  4.2 羊骨基活性炭BET 测试及吸附等温线  52-56
    4.2.1 D—R 曲线  53-55
    4.2.2 用密度函数理论计算的全孔分布  55-56
  4.3 XRD 分析  56-57
  4.4 SEM 分析  57-58
  4.5 自制活性炭与其他活性炭的性能比较  58-60
  本章小结  60-62
第五章 羊骨基活性炭吸附含重金属废水的实验研究  62-83
  5.1 实验条件  62-65
    5.1.1 实验步骤及分析方法  62-65
  5.2 ZnCl_2活化制备羊骨基活性炭对 Pb(Ⅱ)的静态吸附研究  65-70
    5.2.1 最佳吸附条件的确定  65-70
  5.3 CO_2活化法制备的羊骨基活性炭对Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Cd（Ⅱ）、Hg（Ⅱ）的动态吸附性能研究  70-81
    5.3.1 最佳吸附条件的确定  70-74
    5.3.2 最大吸附容量的测定  74-75
    5.3.3 共存离子的影响  75
    5.3.4 解吸剂及解吸剂最佳浓度的选择  75-76
    5.3.5 活性炭重复使用次数的确定  76-77
    5.3.6 吸附平衡——吸附等温线  77-79
    5.3.7 羊骨基活性炭对重金属离子可能的吸附机理  79-81
  本章小结  81-83
结论  83-85
参考文献  85-92
硕士在读期间发表论文情况  92-93
致谢  93

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 试剂与纯化学品的生产 > 吸附剂 > 活性炭 > 骨炭
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