茄秆活性炭的制备及其吸附染料废水的研究
摘要】：本研究以废弃的茄子秸秆为原料,以氯化锌为活化剂制备茄秆活性炭,对制备工艺条件及机理进行了研究；在对茄秆活性炭进行结构表征的基础上,研究了不同实验条件下其对活性红X-3B和酸性蓝RL的吸附性能,同时对其吸附这两种染料废水的吸附热力学和吸附动力学进行了研究。
以碘吸附值和亚甲基蓝吸附值为参考标准,采用正交实验方法确定的最佳制备工艺条件为：浸渍比为2,浸渍时间为8h,活化温度为550℃,活化时间为60min,制备的茄秆活性炭的碘吸附值为1270.07mg/g,亚甲基蓝吸附值为17.4ml/0.1g,得率为25.7%。热重实验分析表明活化剂氯化锌对原料起着润涨、脱水的作用,防止热解过程中产生焦油,促进纤维素的降解,提高吸附剂中的含碳量,促进微孔的形成。
采用元素分析仪、氮气吸附等温线、XRD和FI-IR对最佳条件下的活性炭进行表面物理化学性质表征。制备的茄秆活性炭的含碳量比茄秆原料提高了42.48%,BET比表面积和Langmuir比表面积分别为1649.615和1851.649m2/g。BJH中孔理论分析表明制备的活性炭的中孔孔径主要分布在2-10nm的范围内,t-图法表征的微孔总体积为0.643 cm3/g,微孔孔径为0.926nm。SEM图分析表明茄秆活性炭表面不规则的密布着大小不一、形状不同的孔隙,同时由XRD分析发现茄秆活性炭的衍射角增大,d002和La减小。FI-IR分析茄秆活性炭表面含有羧基、酚、醇羟基、胺基、醚基等官能团。
茄秆活性炭对活性红X-3B和酸性蓝RL的静态吸附实验表明,其对两种染料均具有良好的吸附能力。通过控制适当的吸附剂投加量、吸附时间、pH值、初始浓度和温度,两种染料废水均可达到很高的脱色率。Langmuir等温方程比较适宜描述两种染料在茄秆活性炭上的吸附行为,茄秆活性炭对两种染料的吸附为单分子层吸附,均是一个吸热过程(吸附焓△H0),升高温度有利于吸附的进行,吸附过程自发进行(吸附自由能△G0),并伴随着吸附熵的增加(△S＞0)。伪二级动力学方程能很好的描述两种染料在茄秆活性炭上的吸附动力学行为,且由伪二级动力学方程计算的平衡吸附量比较接近实验测得的平衡吸附量。
研究结果表明茄子秸秆可以制备出吸附性能良好的茄秆活性炭,茄秆活性炭能够作为一种高效、安全、经济的吸附材料,应用于含染料等污染物的工业废水处理,这为茄子秸秆的资源化提供了有效途径。
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