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核桃壳活性炭的制备及其对水中典型有机污染物的吸附研究

宋跃奇  
【摘要】:废弃生物质在废水处理的开发应用中有着环境、社会和经济的效益。本文选用核桃壳为原料,采用草酸铵活化改性-马弗炉加热炭化的方法法制备活性炭(CAC),产炭率为44.1%。用等电点、SEM、FT-IR、比表面积测定、表面官能团测定等手段对CAC进行表征,并用CAC吸附水中的4-氯苯酚(4-CP),2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)和亮绿(LG)。试验条件下,吸附量达到:73.2、104、120 mg·g-1,实验结果证明CAC对水中有机污染物有很好的吸附效果。静态吸附实验主要研究了吸附剂用量、pH值、盐度、吸附时间、初始浓度和温度等因素对CAC吸附性能的影响,动态吸附实验主要研究了柱高、流速及吸附质初始浓度对CAC吸附性能的影响。对吸附等温线、动力学曲线及动态吸附穿透曲线进行模型拟合分析,结果显示如下:(1)CAC对4-CP吸附性能受pH影响较小。pH的增大不利于CAC吸附2,4-D与LG,均取最佳pH=2。盐度的变化对CAC吸附4-CP和2,4-D影响均不大,盐度的增大不利于CAC吸附LG。升温有利于4-CP和2,4-D的吸附,不利于LG的吸附。(2)Temkin模型可用于描述CAC对4-CP和2,4-D的吸附等温线,Koble-Corrigan模型可用于描述CAC对2,4-D和LG的吸附等温线。Elovich方程可以用来描述CAC吸附4-CP的动力学曲线,准二级动力学方程可用来描述CAC对2,4-D和LG的动力学曲线。推测吸附是非均匀表面的多分子层化学吸附过程。由热力学参数以及活化能计算结果可以看出,CAC对4-CP和2,4-D的吸附过程均是自发、吸热、熵增的过程,CAC对LG的吸附过程是自发、放热、熵减的过程,物理和化学吸附在三个过程中均有体现。(3)动态吸附实验表明,柱子越高、流速越慢、浓度越大越有利于吸附的进行。Yan模型可以很好的预测CAC对4-CP、2,4-D和LG动态吸附穿透曲线。解吸再生研究发现,乙醇溶液对CAC吸附4-CP和2,4-D都有具有很好的解吸再生效果。NaOH溶液对CAC吸附LG的解吸效果较好,HCl对CAC吸附LG的再生效果较好,吸附材料均可以重复利用。


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