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土霉素菌渣活性炭的制备及应用研究

高勤  
【摘要】:F 众所周知,制药行业在国民经济中起到了不可或缺的作用。2009年,我国抗生素年产生量大约为14.7万吨,位列世界第一,菌渣的年产生量约100多万吨。过去,这些菌渣一直作为饲料或者饲料添加剂,现在菌渣被列为危险废物。因此,对于菌渣的处理国内外尚无切实可行的技术手段,这成为制药行业可持续发展的瓶颈。 本文以土霉素菌渣为原料,采用化学活化法制备土霉素菌渣活性炭。在土霉素菌渣特性研究的基础上,本实验研究了制备土霉素菌渣活性炭的最佳工艺条件,并对该活性炭进行了特性表征;同时实验还进一步研究了活性炭对苯酚废水以及甲醛气体的吸附。 首先,通过对土霉素菌渣进行(工业分析、元素分析、重金属含量分析、无机成分分析、多环芳烃分析以及热值分析)特性分析,表明土霉素菌渣制备活性炭是可行的。 其次,本文以碘吸附值、比表面积、亚甲基蓝吸附值以及得率为性能指标探讨了在不同活化温度、活化时间、活化比条件下对制备活性炭的影响,在单因素实验的基础上进行正交实验,从而确定了其最佳工艺条件。其最佳工艺条件为活化温度800°C、活化时间3h、活化比1:3,在该条件下得到的活性炭的碘吸附值为1002.96mg/g,比表面积为1593.09m~2/g,亚甲基蓝吸附值为117.0mg/g,产率为20.6%。通过扫描电镜分析、孔结构分析、傅里叶红外分析以及X射线衍射分析对土霉素菌渣活性炭进行了表征,分析其表面形态特征、微观结构以及表面官能团等。结果表明,土霉素菌渣活性炭孔结构丰富,而且表面官能团对于其吸附性能具有一定的影响。 再次,采用最佳工艺条件下制备的活性炭吸附苯酚溶液,并对吸附动力学以及吸附机理进行了研究。实验考察了影响吸附的主要因素,包括接触时间、苯酚溶液温度、活性炭用量、苯酚溶液的初始浓度、pH值等。实验结果表明:除苯酚溶液温度外,其它实验因素对活性炭的吸附均有较明显的影响。而且实验分别采用Langmuir吸附等温线模型和Freundlich吸附等温线模型对实验数据进行了研究,结果表明Langmuir吸附等温线模型能较好地描述苯酚溶液在活性炭上的吸附平衡。采用准一级吸附动力学模型和准二级吸附动力学模型对实验数据进行了研究,结果表明准二级动力学模型能更好地描述吸附过程。土霉素菌渣活性炭对苯酚溶液的吸附机理可以从两方面分析,即孔结构的作用和表面官能团的作用。该活性炭丰富的微孔结构以及表面含有的C≡C和C=C官能团大大促进了活性炭对苯酚的吸附。 最后,研究了不同条件下,最佳工艺条件制备的活性炭对甲醛气体的吸附。研究结果表明在活性炭的粒径为20目,甲醛气体流速为4.5m~3/h,温度为30°C条件下活性炭对甲醛气体的吸附效果最好。同时对活性炭吸附甲醛气体的机理进行了探讨,活性炭丰富的微孔和巨大的比表面积,及活性炭表面含有的官能团,可以提高活性炭对甲醛气体的吸附。


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