木棉基活性炭纖維研究.pdf

1、本文以木棉纖維為原材料制備活性炭纖維，研究木棉基活性炭纖維的制備、其表面物理化學(xué)性質(zhì)的表征以及該活性炭纖維應(yīng)用于吸附模擬廢水。 在制備木棉基活性炭纖維時(shí)，研究了木棉基活性炭纖維的制備工藝。我們嘗試用四種活化劑(HaPO4、ZnCl2、K2CO3、(NH4)2HPO4)活化木棉纖維。實(shí)驗(yàn)表明(NH4)2HPO4活化的木棉纖維具有較大的碘吸附值，纖維收率高于K2CO3活化的纖維，產(chǎn)品能維持纖維原狀，所以適合活化木棉纖維。利用熱失重分

2、析，推測(cè)(NH4)2HPO4活化木棉纖維的反應(yīng)可用下式表示： 6C+2(NH4)2HPO4→4CO↑+2CO2↑+3H2↑+4NH3↑+2P 同時(shí)重點(diǎn)研究采用三種預(yù)處理方法(含兩種預(yù)氧化法)活化木棉纖維，制得了在450℃、550℃、650℃、750℃四個(gè)活化溫度的12個(gè)樣品。實(shí)驗(yàn)證明制備木棉基活性炭纖維的最佳工藝條件是活化溫度650℃，采用先浸漬后預(yù)氧化的預(yù)處理方法。 對(duì)在650℃下利用(NH4)2HPO4活化得

3、到的三種不同預(yù)處理?xiàng)l件下的木棉基活性炭纖維(AK—1、AK-2和AK—3)進(jìn)行表面物理化學(xué)性質(zhì)的表征，研究預(yù)氧化條件對(duì)于活性炭纖維表面性質(zhì)的修飾。應(yīng)用N2吸附—脫附等溫曲線、掃描電鏡(SEM)對(duì)其表面物理性質(zhì)進(jìn)行表征；應(yīng)用傅立葉紅外光譜(FTIR)、Boehm滴定法和等電點(diǎn)測(cè)定對(duì)其表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。結(jié)果表明，無(wú)論是否進(jìn)行預(yù)氧化，該活性炭纖維的平均孔徑均約為2nm；預(yù)氧化處理會(huì)改變材料的比表面積和纖維表面的含氧基團(tuán)含量。其中，先浸漬后

4、預(yù)氧化的AK-2的比表面積(1518m2·g—1)與孔體積最大，先預(yù)氧化后浸漬的AK—3的比表面積和孔體積稍小于AK—1(未經(jīng)預(yù)氧化處理)。電鏡照片在活性炭纖維表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大孔的存在。FTIR證實(shí)了三種活性炭纖維表面各種含氧化學(xué)基團(tuán)的存在。Boehm滴定具體測(cè)定了含氧化學(xué)基團(tuán)的含量(包括酸性基團(tuán)和堿性基團(tuán))。實(shí)驗(yàn)證明，隨著氧化程度加深，酸性基團(tuán)的含量增加，堿性基團(tuán)的含量降低。AK-2具有最大含量的酸性含氧基團(tuán)，AK—3的稍高于AK—1。

5、等電點(diǎn)的測(cè)定再次證實(shí)了這個(gè)結(jié)論。 選用上述經(jīng)過(guò)性質(zhì)表征的活性炭纖維(AK—1、AK-2和AK—3)應(yīng)用于水中苯酚和亞甲基藍(lán)的吸附。吸附動(dòng)力學(xué)研究顯示，活性炭纖維吸附苯酚和亞甲基藍(lán)符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。AK—1具有最大的苯酚吸附量(65.8mg·g—1)； AK—3具有最大的亞甲基藍(lán)吸附量(156.7 mg·g—1)；而AK-2具有最大的比表面積(1518m2·g—1)和最多的表面含氧基團(tuán)，其對(duì)苯酚和亞甲基藍(lán)的吸附量均不高，說(shuō)明表

6、面含氧基團(tuán)會(huì)降低材料對(duì)苯酚和亞甲基藍(lán)的吸附量。吸附平衡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，除了AK—1吸附亞甲基藍(lán)的過(guò)程更符合Langmuir模型外，其余都符合Freundlich模型的描述。在苯酚和亞甲基藍(lán)的吸附中，孔結(jié)構(gòu)和表面含氧基團(tuán)含量對(duì)于吸附兩種溶質(zhì)產(chǎn)生的相對(duì)作用大小基本相同。三個(gè)樣品吸附苯酚和亞甲基藍(lán)主要是物理吸附，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，而且吸附初期主要是液膜擴(kuò)散控制吸附速率，后期是顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制速率。但根據(jù)Elovich方程的擬合和Gibbs自由能變的計(jì)