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《东华大学》 2011年
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加拿大一枝黄花活性炭制备及其Cd(Ⅱ)吸附性能的研究

罗来盛  
【摘要】:加拿大一枝黄花是一种外来入侵植物,因其繁殖力强而迅速扩散蔓延,已严重威胁到我国农业生产、绿化及生态环境。在我国长三角地区受害程度尤为严重,其产量具有相当大的规模。加拿大一枝黄花的主要成分为纤维素和木质素,是一种优良潜在的活性炭制备前躯体,将其作为活性炭生产的原料可降低制造活性炭成本,又能有效减少固体废弃物,降低环境压力。针对电加热法升温缓慢,活化时间长等缺陷,本论文以加拿大一枝黄花为原料,KOH为活化剂,分别采用微波活化法与电加热法制备活性炭,考察其吸附性能的差异,并应用生命周期评价方法对两种加工过程进行能耗与碳排放方面的环境影响研究。 在活性炭的制备过程中,通过对原料热重分析,确定了碳化温度为400℃,碳化时间选择90 min,活化阶段使用微波加热和电加热两种方式,分别确定了两种加热方式的最佳工艺条件。微波法最佳工艺条件为碱碳比2 g/g、辐射时间6 min及微波功率700 W;最佳条件下制备的活性炭亚甲基蓝吸附值、碘吸附值及活化产率分别为302.4 mg/g,1470.3mg/g及53.8%。电加法最佳工艺条件为碱碳比3g/g、活化温度800℃及活化时间90 min;最佳条件下制备的活性炭亚甲基蓝吸附值、碘吸附值及活化得率分别为436.5 mg/g、2 153.6mg/g和46.9%。 在77K下,用比表面积测定仪测定了活性炭的N2吸附-脱附等温线,通过BET法计算其比表面积、孔容和孔径,分析了H-K微孔分布和DFT全孔分布,两种方法制备的活性炭与国药相比,微波法活性炭(MWAC)具有更多的微孔容量,电加热法活性炭(ETAC)具有更大的比表面积。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析仪以及红外光谱仪对两种工艺最佳条件下制备的活性炭和国药活性炭进行了表征,分析其表面形貌、微观结构及表面化学官能团等。 以最佳条件下制备的MWAC和国药活性炭(GYAC)为吸附剂,处理模拟水溶液中的镉离子,研究活性炭投加量、溶液初始浓度、溶液初始pH及吸附时间对活性炭吸附量的影响,分别采用Langmuir和Freundlich吸附等温线方程对实验数据进行分析,结果表明Langmuir等温线能较好地描述镉离子在活性炭上的吸附平衡。应用准一级和准二级吸附动力学模型分析了实验数据,结果表明准二级动力学模型能更好地描述吸附过程。 论文探讨了活性炭的循环使用。利用微波再生法进行活性炭的再生,研究微波功率、微波辐射时间及酸度对活性炭再生的影响,确定最佳工艺条件为微波功率700 W、辐射时间5min及酸度pH为2,此时再生后的活性炭相对初始活性炭的吸附量约为97%。 最后,通过生命周期评价软件GaBi 4考察了两种活性炭制备过程对能耗和碳排放等的影响,分析结果显示微波法对环境的影响明显优于电加热法,而电加热法之所以对环境影响大,是因为在活化阶段的电消耗及活化剂用量大。 总之,本论文提出了加拿大一枝黄花资源化的新途径,微波活化法制备活性炭工艺相对电加热法可以提高活性炭制备的效率,节约能源,减少环境污染,制备的活性炭具有更多微孔结构,具有更大吸附量,将其用于处理重金属废水,可以回收贵重金属,也可以降低重金属对环境和人体的危害。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O647.3;TQ424.1

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