真空浸漬制備膨脹石墨基炭-炭復(fù)合材料及其含酚廢水處理性能研究.pdf

1、近年來,隨著焦化、造紙、石油等行業(yè)的發(fā)展,苯酚及其衍生物大量進(jìn)入工業(yè)廢水,含酚廢水成為最常見、最具代表性的有機(jī)廢水之一。苯酚的高毒性給生物體和人類健康帶來了嚴(yán)重威脅,目前被列為優(yōu)先控制污染物,因此含酚廢水排放前必須進(jìn)行合理的處理。
　　 目前主要采用活性炭吸附法來處理含苯酚廢水,但是傳統(tǒng)的活性炭多為粉狀或粒狀,其孔結(jié)構(gòu)中含有大量的盲孔和封閉孔,并存在礦物灰分,嚴(yán)重影響了其吸附容量；另外在循環(huán)使用中其摩擦損耗較高。
　　

2、膨脹石墨是一種疏松多孔的蠕蟲狀顆粒,其獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)使其對大分子物質(zhì)具有良好的吸附能力。然而膨脹石墨密度低、機(jī)械性能差的缺陷給實(shí)際使用帶來一定困難。如能充分利用膨脹石墨豐富的孔隙結(jié)構(gòu),以此為基礎(chǔ)制備具有一定強(qiáng)度及較高吸附能力的多孔材料,具有重要的實(shí)踐意義。
　　 本文以膨脹石墨為基體,蔗糖為炭源,氫氧化鉀為活化劑,將炭源與活化劑真空浸漬到膨脹石墨基體中,制得膨脹石墨基炭／炭復(fù)合材料?？疾炝瞬煌瑝A炭比、活化時(shí)間和活化溫度對材料表面

3、性能、孔結(jié)構(gòu)及其苯酚吸附性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)堿炭比為4、活化時(shí)間60min、活化溫度800℃時(shí),膨脹石墨基炭／炭復(fù)合材料的比表面積可達(dá)2042m2／g,且孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),具有極強(qiáng)的吸附能力。
　　 對于上述膨脹石墨基炭／炭復(fù)合材料,采用比表面積和孔隙分布測定儀,在77K下測定其吸脫附等溫線,通過BET方程計(jì)算其比表面積、孔容和孔徑分布；并采用SEM、XRD等手段對其形貌特征和微晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,該復(fù)合材料保留了膨脹石

4、墨基體發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和空間形貌,真空浸漬縮短了炭源浸漬時(shí)間并實(shí)現(xiàn)了炭源充分、均勻引入。膨脹石墨基炭／炭復(fù)合材料由基體的石墨晶體結(jié)構(gòu)和由蔗糖活化后形成的無定形活性炭組成,活性炭以納米薄膜的形式均勻涂覆在膨脹石墨基體表面及內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的孔壁上。膨脹石墨基炭／炭復(fù)合材料豐富的納米級微孔結(jié)構(gòu)主要存在于活性炭組分中且孔徑分布較為集中,基體中則主要為通透的微米級大孔結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了微米級大孔和納米級微孔的雙級孔復(fù)合,這樣的孔結(jié)構(gòu)特征決定了材料作為小分子有

5、機(jī)污染物吸附劑使用時(shí),既有很強(qiáng)的針對吸附能力同時(shí)又具有良好的通透性能。
　　 采用靜態(tài)吸附法、Boehm滴定和FT-IR研究所得復(fù)合材料的吸附性能和表面化學(xué)性質(zhì),數(shù)據(jù)顯示,減少酸性官能團(tuán)的含量或者在材料表面植入堿性的含氮官能團(tuán)可以大幅提高材料對苯酚的吸附能力,采用簡單尿素改性處理可以使其苯酚吸附量提高到346.9 mg／g。
　　 采用XPS和FT-IR對磷酸活化試樣和改性前后試樣的表面官能團(tuán)進(jìn)行標(biāo)定,發(fā)現(xiàn)與磷酸活化試樣

6、相比,堿活化所得復(fù)合材料的表面酸性官能團(tuán)明顯減少,且經(jīng)過尿素改性后,試樣表面引入大量堿性官能團(tuán)吡咯,其結(jié)構(gòu)上的N含有孤對電子,具有較強(qiáng)的堿性,對弱酸性的苯酚有著較強(qiáng)的吸附親和力。
　　 本文考察了膨脹石墨基炭／炭復(fù)合材料針對含苯酚廢水的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)吸附性能,結(jié)果表明,復(fù)合材料對苯酚的靜態(tài)平衡吸附量最大可達(dá)297.2mg／g,較同工藝制備的純活性炭提升15.8％。在動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中,考察了苯酚廢水濃度、流速和固定床層高度對復(fù)合材料動(dòng)態(tài)