微波法制備秸稈活性炭及其對甲苯吸附性能的研究

【摘要】：我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量大、分布廣、種類多，長期以來一直是農(nóng)民生活和農(nóng)業(yè)發(fā)展的寶貴資源。但是目前農(nóng)業(yè)廢料在生活和生產(chǎn)中由于品位不高、成分復(fù)雜很難進(jìn)行二次開發(fā)利用，同時缺乏政策性引導(dǎo)和資金的投入，致使農(nóng)業(yè)廢料出現(xiàn)嚴(yán)重堆積、填埋、焚燒等現(xiàn)象，不僅造成資源浪費(fèi)還嚴(yán)重污染著環(huán)境制約人類的發(fā)展。同時，傳統(tǒng)活性炭原材料單一、價(jià)格昂貴、制備工藝復(fù)雜、能耗較高，使得傳統(tǒng)活性炭價(jià)位居高不下。 本課題選取典型農(nóng)村秸稈廢棄物—小麥秸稈作為原料，研究小麥秸稈制備活性炭尋求改變傳統(tǒng)活性炭原材料單一的格局，并采用微波制備工藝降低能耗，達(dá)到廢棄物的二次利用、以廢治廢的目的。 本實(shí)驗(yàn)通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)分別考察了不同的活化劑、不同的浸漬質(zhì)量比、不同的微波功率和不同的活化時間等因素對制備活性炭性能的影響，并通過比表面積和孔徑分析獲取最佳的制備工藝條件。結(jié)果表明用氯化鋅為活化劑的最佳制備工藝條件為：微波功率500W，浸漬質(zhì)量比1:2、活化時間為4min，此時制得的活性炭的比表面積最大為1230m2/g，制備工藝條件對活性炭比表面積大小影響程度為：微波功率活化時間浸漬質(zhì)量比。 通過自制秸稈活性炭的表征可知：自制秸稈活性炭具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)、孔道打開、碳骨架清晰；自制秸稈活性炭含有較少的含氧官能團(tuán)說明吸附主要是以物理吸附為主；氯化鋅在秸稈活性炭的制備過程中出了支撐碳骨架外還降低了秸稈活化的活化能。 本實(shí)驗(yàn)研究了自制活性炭和商品活性炭對甲苯的吸附性能。通過改變床層高度、甲苯的初始濃度、氣體的線速度研究不同條件下的吸附性能。實(shí)驗(yàn)表明：活性炭對甲苯的吸附量隨初始濃度、床層高度的增加而增加，隨氣體線速度的減小呈現(xiàn)略微下降趨勢，單位面積秸稈活性炭和商品活性炭吸附甲苯量分別為0.267、0.276mg/m~2表明秸稈活性炭和商品活性炭吸附量相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了秸稈的資源化、以廢治廢的目的。 通過繪制甲苯的吸附等溫線，并對其進(jìn)行朗格繆爾（langmuir）、費(fèi)勞德里希（freundlich），方程進(jìn)行線性擬合可以得出活性炭對甲苯的吸附屬于第一類曲線，langmuir方程比freundlich方程擬合效果更好相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.99778，說明Langmuir方程更適合描述甲苯在秸稈活性炭上的吸附行為。 【關(guān)鍵詞】：微波 秸稈 活性炭 甲苯 吸附
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：X712;X701
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-30
• 1.1 課題研究背景10
• 1.2 秸稈的結(jié)構(gòu)與組成10-11
• 1.2.1 秸稈的組成10-11
• 1.2.2 秸稈與木材的對比11
• 1.3 秸稈的綜合利用11-12
• 1.4 秸稈開發(fā)中存在的問題12-13
• 1.5 揮發(fā)性有機(jī)物的危害與治理13-23
• 1.5.1 揮發(fā)性有機(jī)物的定義及來源13-14
• 1.5.2 揮發(fā)性有機(jī)物的危害14-16
• 1.5.3 揮發(fā)性有機(jī)物的控制16-23
• 1.6 吸附的基本概念23-26
• 1.6.1 吸附的相關(guān)概念23
• 1.6.2 吸附劑23-24
• 1.6.3 等溫吸附線24-26
• 1.6.4 等溫吸附方程式26
• 1.7 微波加熱技術(shù)26-29
• 1.7.1 微波加熱原理27
• 1.7.2 微波加熱特點(diǎn)27
• 1.7.3 國內(nèi)外微波加熱研究現(xiàn)狀27-29
• 1.8 本課題研究的主要內(nèi)容29-30
• 2 實(shí)驗(yàn)材料和方法30-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料30-32
• 2.1.1 秸稈來源30
• 2.1.2 樣品分析30
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)試劑30-31
• 2.1.4 甲苯理化常數(shù)31
• 2.1.5 實(shí)驗(yàn)儀器31-32
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法32-33
• 2.4 實(shí)驗(yàn)相關(guān)的分析方法33-36
• 2.4.1 秸稈活性炭的產(chǎn)率33
• 2.4.2 甲苯濃度的檢測33
• 2.4.3 樣品掃描電鏡的測定33
• 2.4.4 樣品比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)的測定33-34
• 2.4.5 樣品傅里葉孔外的測定34
• 2.4.6 樣品的熱重分析34
• 2.4.7 秸稈含水率的測定34
• 2.4.8 樣品揮發(fā)分的測定34
• 2.4.9 樣品灰分的測定34-35
• 2.4.10 樣品固定碳的測定35-36
• 3 秸稈活性炭的制備36-52
• 3.1 引言36
• 3.2 制備流程36
• 3.3 秸稈成分分析36
• 3.4 單因素實(shí)驗(yàn)36-40
• 3.4.1 活化劑的篩選37
• 3.4.2 微波功率的影響37-38
• 3.4.3 浸漬質(zhì)量比的影響38-39
• 3.4.4 活化時間的影響39-40
• 3.5 多因素試驗(yàn)40-43
• 3.5.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)40-41
• 3.5.2 正交試驗(yàn)結(jié)果41-43
• 3.6 微波升溫曲線43-44
• 3.6.1 微波功率校準(zhǔn)43
• 3.6.2 微波的升溫曲線43-44
• 3.7 秸稈活性炭的表征44-51
• 3.7.1 秸稈炭元素分析44
• 3.7.2 掃描電鏡分析44-46
• 3.7.3 秸稈活性炭的熱重曲線分析46-48
• 3.7.4 秸稈活性炭的孔結(jié)構(gòu)分析48-49
• 3.7.5 秸稈活性炭的紅外分析49-51
• 3.8 本章小結(jié)51-52
• 4 秸稈活性炭吸附甲苯性能的研究52-62
• 4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖52-53
• 4.3 飽和吸附量53
• 4.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容53-54
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論54-61
• 4.5.1 秸稈活性炭和商品活性炭性能比較54-55
• 4.5.2 甲苯初始濃度對活性炭吸附性能的影響55-56
• 4.5.3 填充層高度對甲苯吸附量的影響56-57
• 4.5.4 氣體線速度對甲苯吸附性能的影響57-58
• 4.5.5 秸稈活性炭吸附甲苯等溫線58-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 5 結(jié)論與展望62-64
• 5.1 結(jié)論62-63
• 5.2 展望63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69

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