玉米秸稈基活性炭的制備及甲醛吸附應(yīng)用研究

【摘要】：活性炭是一種具有良好吸附能力、高回收再生率的吸附劑,其吸附應(yīng)用在大氣治理、制藥化工業(yè)、溶劑再生領(lǐng)域都有推廣。近年來人們對(duì)活性炭的研究和開發(fā)也極為重視。玉米秸稈來源范圍廣,原料加工簡(jiǎn)單,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)儲(chǔ)量較大的廢棄物,通常采用的處理方式是焚燒,而這種處理方式會(huì)直接造成空氣環(huán)境污染。所以作為一種既清潔又經(jīng)濟(jì)的方式,開發(fā)利用好秸稈制備活性炭,對(duì)炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展及秸稈資源化都具有重要的意義。本文以農(nóng)村常見的玉米秸稈為原料,焦磷酸為活化劑,分別采用常規(guī)加熱和微波輻照兩種炭化方法進(jìn)行了秸稈基活性炭的制備與表征及孔結(jié)構(gòu)研究,并將其應(yīng)用于甲醛吸附捕集。首先采用正交試驗(yàn)的方法確定了秸稈基活性炭的最佳制備條件,得出常規(guī)加熱活化制備活性炭(AC-1)其最佳條件為：焦磷酸濃度45(wt)%,以浸漬比1：1混合均勻,浸漬時(shí)間5 h,活化溫度450℃,活化時(shí)間0.5 h；微波內(nèi)熱活化制備活性炭(AC-2)的較適宜條件為：焦磷酸濃度45(wt)%,以浸漬比1：2混合均勻,浸漬時(shí)間8 h,輻射功率400w,活化時(shí)間8min。其次,采用低溫氮吸附、FTIR、XRD、TG分析等方式分析表征所制活性炭。實(shí)驗(yàn)表明：AC-1和AC-2的BET比表面積分別為351.18m2/g,459.94m2/g,兩種樣品孔徑以微孔到小尺度中孔為主；FTIR分析說明炭表面引入了羧基、內(nèi)酯基、羥基以及芳香環(huán)結(jié)構(gòu)等官能團(tuán)：XRD分析表明炭樣中有大量石墨晶體結(jié)構(gòu),而微波加熱制備的活性炭的石墨化度較高；TG分析表明在溫度達(dá)到800℃時(shí),AC-1和AC-2剩余量分別為81.41%,77.55%,兩種炭均有較好的熱穩(wěn)定性。最后,在甲醛吸附實(shí)驗(yàn)中,考察兩種活性炭AC-1, AC-2對(duì)甲醛的平衡吸附容量,測(cè)定室溫下的吸附等溫線,并對(duì)所得結(jié)果分別以Freundich和Langmuir方程進(jìn)行擬合。結(jié)果表明：Langmuir方程能較好地描述活性炭對(duì)甲醛的吸附過程,甲醛在活性炭吸附時(shí)起主要作用的是化學(xué)鍵力。其次,采用偽二級(jí)模型描述吸附行為,說明甲醛在活性炭上發(fā)生物理與化學(xué)復(fù)合吸附。由此模型得到的平衡吸附量分別是4.62mg/g和5.19mg/g,擬合后由偽二級(jí)模型方程求出的qe要更符合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：秸稈活性炭 制備 甲醛 吸附
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ424.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 秸稈生物質(zhì)能源的利用11-14
• 1.1.1 我國(guó)秸稈利用現(xiàn)狀11
• 1.1.2 秸稈的組成11-12
• 1.1.3 秸稈主要能源利用途徑介紹12-14
• 1.2 生物質(zhì)熱解技術(shù)14-17
• 1.2.1 生物質(zhì)常規(guī)熱解技術(shù)14-15
• 1.2.2 微波技術(shù)15-17
• 1.3 活性炭的介紹及其應(yīng)用17-22
• 1.3.1 活性炭的結(jié)構(gòu)17
• 1.3.2 活性炭制造方法17-20
• 1.3.3 活性炭的應(yīng)用20-22
• 1.4 課題背景及研究?jī)?nèi)容22-23
• 1.4.1 課題背景22
• 1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料和方法23-29
• 2.1 引言23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料和儀器23-24
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料23
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器23-24
• 2.3 玉米秸稈活性炭的制備24-27
• 2.3.1 玉米秸稈基本性質(zhì)的測(cè)定24-26
• 2.3.2 玉米秸稈活性炭制備工藝26-27
• 2.4 秸稈活性炭的表征27-28
• 2.4.1 活性炭碘值測(cè)定27
• 2.4.2 活性炭產(chǎn)率的測(cè)定27
• 2.4.3 樣品掃描電鏡的測(cè)定27-28
• 2.4.4 樣品比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)的測(cè)定28
• 2.4.5 熱重分析28
• 2.4.6 物相分析28
• 2.4.7 紅外光譜分析28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 常規(guī)加熱法秸稈活性炭的制備29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 秸稈的化學(xué)性質(zhì)29-31
• 3.2.1 基礎(chǔ)性質(zhì)分析29
• 3.2.2 玉米秸稈的熱重分析29-31
• 3.3 正交實(shí)驗(yàn)確定活性炭制備的主要影響因素31-33
• 3.4 單因素實(shí)驗(yàn)確定制作條件33-37
• 3.4.1 活化溫度的影響33-34
• 3.4.2 活化時(shí)間的影響34-35
• 3.4.3 浸漬比的影響35-36
• 3.4.4 浸漬時(shí)間的影響36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 微波加熱法秸稈活性炭的制備38-45
• 4.1 引言38
• 4.2 秸桿升溫曲線38-39
• 4.2.1 微波功率校準(zhǔn)38-39
• 4.2.2 純玉米秸稈升溫曲線39
• 4.3 正交實(shí)驗(yàn)確定微波法活性炭制備的主要影響因素39-41
• 4.4 單因素實(shí)驗(yàn)確定制作條件41-44
• 4.4.1 輻射功率的影響41-42
• 4.4.2 浸漬比的影響42-43
• 4.4.3 活化時(shí)間的影響43
• 4.4.4 浸漬時(shí)間的影響43-44
• 4.5 本章小結(jié)44-45
• 第五章 秸稈基活性炭性能表征45-55
• 5.1 引言45
• 5.2 表面特性分析45-46
• 5.3 表面形態(tài)分析46-47
• 5.4 比表面積及孔隙特性分析47-50
• 5.5 物相分析50-51
• 5.6 表面官能團(tuán)組成51-52
• 5.7 熱穩(wěn)定性分析52-53
• 5.8 本章小結(jié)53-55
• 第六章 甲醛吸附行為研究55-64
• 6.1 儀器與試劑55
• 6.2 甲醛的分析方法55-57
• 6.2.1 分析測(cè)試方法介紹55-56
• 6.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制56-57
• 6.3 活性炭對(duì)氣相甲醛的吸附容量測(cè)試57-59
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)條件57
• 6.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置57-58
• 6.3.3 實(shí)驗(yàn)吸附容量計(jì)算58-59
• 6.4 結(jié)果與討論59-63
• 6.4.1 活性炭的吸附等溫線59-60
• 6.4.2 活性炭對(duì)甲醛的吸附動(dòng)力學(xué)研究60-62
• 6.4.3 活性炭對(duì)甲醛的吸附機(jī)理探討62-63
• 6.5 本章小結(jié)63-64
• 第七章 結(jié)論與展望64-66
• 7.1 結(jié)論64-65
• 7.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 致謝71-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表及科研情況72

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