高強(qiáng)度生物質(zhì)活性炭纖維制備研究.pdf

1、本文以絲瓜絡(luò)纖維為原材料，水溶性酚醛樹(shù)脂作為浸漬劑來(lái)制備活性炭纖維，研究了高強(qiáng)度生物質(zhì)活性炭纖維的制備、其表面物理化學(xué)性質(zhì)的表征及其應(yīng)用于吸附DCB廢水。
　　根據(jù)升溫速率，預(yù)氧化溫度，預(yù)氧化時(shí)間，活化溫度，活化時(shí)間來(lái)進(jìn)行正交試驗(yàn)，得出了最佳的制備條件。最佳制備條件為升溫速率為8℃/min，預(yù)氧化溫度為200℃，預(yù)氧化時(shí)間為2 h，活化溫度為850℃，活化時(shí)間為90min。制備出最佳制備條件下的高強(qiáng)度生物質(zhì)活性炭纖維（HP-ACF

2、）。利用熱重分析研究了絲瓜絡(luò)纖維，水溶性酚醛樹(shù)脂，浸漬水溶性酚醛樹(shù)脂絲瓜絡(luò)纖維的熱解機(jī)理，分析了水溶性酚醛樹(shù)脂與絲瓜絡(luò)纖維可能存在的反應(yīng)。
　　選取正交試驗(yàn)的部分樣品與HP-ACF，對(duì)其進(jìn)行表面物理化學(xué)性質(zhì)表征。應(yīng)用掃描電鏡(SEM)、N2吸附-脫附等溫曲線、X射線衍射(XRD)對(duì)其表面物理性質(zhì)進(jìn)行表征；應(yīng)用傅里葉紅外光譜(FTIR)對(duì)其表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。結(jié)果表明，通過(guò)掃描電鏡觀察，制備出的 ACF表面已經(jīng)發(fā)育生成類(lèi)石墨片層結(jié)

3、構(gòu)；ACFs的N2吸附-脫附等溫曲線形狀大致相同，都屬于 IUPAC分類(lèi)法中的Ⅰ型吸附等溫線，以微孔為主，同時(shí)存在著少量的中孔，最終制得的最優(yōu)條件下產(chǎn)品HP-ACF，比表面積為422.47 m2/g，平均孔徑為1.820 nm，孔容為0.192 cm3/g；FTIR證明了高強(qiáng)度生物質(zhì)ACF表面含有羧基、羥基，并且證明絲瓜絡(luò)纖維在炭化活化過(guò)程形成了芳環(huán)化結(jié)構(gòu)。XRD分析表明絲瓜絡(luò)中纖維素，木質(zhì)素等的結(jié)構(gòu)被破壞，內(nèi)部分子發(fā)生重排，最終得到無(wú)

4、定形碳材料；通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)高強(qiáng)度生物質(zhì)ACF進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的測(cè)試，抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.246 MPa，可見(jiàn)高強(qiáng)度生物質(zhì)ACF具有一定抗壓能力。
　　選用最佳制備條件下制備的產(chǎn)品HP-ACF應(yīng)用于吸附DCB廢水。研究了溫度，pH，投加量對(duì)高強(qiáng)度生物質(zhì)ACF吸附DCB廢水的影響，結(jié)果表明：高強(qiáng)度生物質(zhì) ACF的吸附反應(yīng)為放熱反應(yīng)，最佳吸附溫度為25℃；當(dāng) pH≤5時(shí)， HP-ACF對(duì)DCB的去除率比較理想，當(dāng)pH＞5時(shí)，HP-ACF對(duì)DC

5、B的去除率急速下降；在吸附20 mg/L的DCB溶液時(shí)，當(dāng)ACF投加量為1 g/L時(shí)，高強(qiáng)度生物質(zhì)活性炭纖維對(duì) DCB的去除率趨向于最大值，去除率達(dá)到98.29％；分別用Langmuir吸附等溫模型與Freundlich吸附等溫模型來(lái)擬合ACF吸附DCB廢水的吸附等溫線，相關(guān)度R2都大于0.95，采用Langmuir吸附等溫模型擬合結(jié)果更加吻合；采用偽一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型和偽二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型來(lái)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，偽二級(jí)吸附模型擬合的相關(guān)系數(shù)為