熱解氣活化法制備生物質(zhì)活性炭及其吸附應(yīng)用.pdf

1、作為農(nóng)業(yè)大國，我國每年產(chǎn)生大量的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)，根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局分析，截止到2016年，我國主要農(nóng)作物秸稈總量已超過8億噸，約占可再生生物質(zhì)能源總量的60%左右。將生物質(zhì)制備成為活性炭，不僅能夠有效減少污染和碳排放，而且降低了制備活性炭的原料成本，其在水體和大氣污染物去除領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
　　制備活性炭常用的活化方法需要加入額外的化學(xué)試劑或活化氣體，如ZnCl2、H3PO4、KOH、K2CO3、CO2和水蒸氣等，加入化學(xué)試劑易產(chǎn)生二

2、次污染問題，而使用活化氣體需要額外的氣體發(fā)生裝置，增加設(shè)備成本。如果能夠在不引入外來活化劑的條件下制備活性炭，將有效降低成本并減少污染。
　　本文以生物質(zhì)混合壓縮顆粒為原料，循環(huán)利用熱解氣作為活化氣體，采用熱解氣活化的方法進(jìn)行活性炭的制備，考察了熱解氣和活化溫度對活性炭性能的影響，并研究了活性炭對水體中農(nóng)藥甲萘威與重金屬Cu(II)和Cr(VI)的吸附性能。采用元素分析、比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析、掃描電鏡（SEM）、紅外光譜分析（FT

3、-IR）、X射線衍射分析（XRD）等手段對活性炭進(jìn)行表征，考察活性炭的元素組成、孔結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)和表面官能團(tuán)等理化性質(zhì)。采用靜態(tài)吸附的實(shí)驗(yàn)方法，在不同投加量、初始濃度、溶液pH和吸附時間條件下，考察活性炭對水體中污染物的吸附性能。
　　對比經(jīng)過熱解氣活化得到的活性炭與沒有經(jīng)過活化的熱解炭，炭的芳香化程度明顯增強(qiáng)，極性減弱，含氧官能團(tuán)減少，比表面積由207.40 m2?g-1增加到515.10 m2?g-1，平均孔徑由5.908 n

4、m減小到2.710 nm，炭表面粗糙度增加，即熱解氣對炭具有明顯的活化作用。
　　對比不同活化溫度下制得的活性炭，隨著活化溫度的升高，活性炭中碳含量逐漸增加，疏水性逐漸增強(qiáng)，芳香化程度增強(qiáng)，原料有機(jī)物中的“軟質(zhì)碳”逐漸轉(zhuǎn)化為“硬質(zhì)碳”；當(dāng)活化溫度在600°C-900°C時，升溫有利于炭表面形成更多的微孔結(jié)構(gòu)，活性炭比表面積由239.00 m2?g-1增加到629.20 m2?g-1，平均孔徑由5.438 nm減小至3.005 nm

5、。
　　活性炭對農(nóng)藥甲萘威具有良好的吸附效果，吸附量可超過300 mg?g-1。Freundlich模型對吸附等溫線擬合度較高，隨活化溫度升高，活性炭對甲萘威的吸附能力增強(qiáng)；吸附過程的反應(yīng)動力學(xué)曲線更加符合準(zhǔn)二級反應(yīng)動力學(xué)模型，60 h內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)吸附平衡；當(dāng)活化溫度為800°C時，單位原料對甲萘威的吸附量（mg甲萘威?g-1原料）達(dá)到最大值。
　　考察了活性炭對重金屬離子Cu(II)和Cr(VI)的吸附性能。溶液pH對Cu(