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《重庆大学》 2004年
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活性炭纤维改性及对焦化废水中有机物吸附作用的研究

傅敏  
【摘要】:本文以粘胶基活性炭纤维为原料,分别通过微波辐射、硝酸回流、微波—硝酸处理和氢氧化钠浸渍制备了改性活性炭纤维,并对改性机制进行了探讨。利用氮吸附等温线对其孔隙分布进行了分析;用红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)对其表面官能团及表面形貌进行了表征;用热分析仪测定了活性炭纤维的热稳定性。以改性活性炭纤维为吸附剂,考察了其对焦化废水中难降解有机物—喹啉、吡啶和吲哚的静态吸附性能,测定了上述有机物经过改性活性炭纤维固定床的穿透曲线,并建立了固定床吸附数学模型。对改性前后活性炭纤维的表面酸性基团进行了测定。在研究了超声波和微波的脱附作用和超声波对有机物的降解作用的基础上,以改性活性炭纤维为吸附剂,对实际焦化废水进行了吸附处理。 研究发现,除碱改性活性炭纤维外,改性后活性炭纤维的BET表面积增加、微孔容量增大、对氮气的亲和力增强。尤其是微波辐射法可使BET表面积大大增加,不失为一种表面改性的简便手段,有望通过控制气流流速及组分达到控制活性炭纤维比表面积和孔分布的目的。 将分形理论用于描述活性炭纤维的不规则程度,发现改性活性炭纤维的表面分形维数呈现双重分维特征。TG和DSC分析发现,改性后活性炭纤维的热稳定性增加,可在500℃以下使用。红外光谱和扫描电镜表明,改性使活性炭纤维表面基团和表面显微结构发生了变化。改性活性炭纤维对有机物的吸附容量优于未改性活性炭纤维。但溶液的pH强烈影响活性炭纤维的吸附效果,其主要原因是pH改变了有机物的存在状态和吸附剂表面的荷电状态。由溶液中不同温度下的吸附曲线所得到的吸附热数据,发现活性炭纤维与有机物之间的作用力既有范德华力也有疏水键力、氢键力和偶极间力。 设计了动态吸附装置,测定了吸附质的浓度、床层长度、流速等实验条件对固定床吸附器吸附性能的影响规律。 超声波对有机物的脱附符合一级动力学模型。同时,超声波能降解有机物,超声波的功率、溶液的浓度、溶液的pH、外加催化剂、超声降解时间都对降解率有影响。同时发现,吡啶和吲哚的超声波降解符合动力学一级反应。 建立了在等温吸附过程中,流体呈活塞流、忽略轴向弥散与导热、流体在活性炭纤维外表面吸附瞬间达到平衡和床层阻力可忽略条件下,活性炭纤维固定床的柱动力学穿透模型。用Microsoft Visual Foxpro 6.0软件对模型进行了数值分析,模拟结果与实验结果相符。 用所设计的活性炭纤维固定床动态吸附装置对实际焦化废水进行了脱污处理, 重庆大学博士学位论文 获得了焦化废水的柱穿透曲线,为焦化废水固定床吸附器的设计提供了理论基础。 关键词:活性炭纤维,表面改性,焦化废水,超声波
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:X784

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