白酒糟活性炭的制備及其吸附性能研究.pdf

1、活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和良好的耐酸、堿性及耐熱穩(wěn)定性，是一種優(yōu)質(zhì)的功能材料，在食品加工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)和化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。長(zhǎng)期以來(lái)，煤基活性炭在我國(guó)一直占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來(lái)，隨著全球能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，生物質(zhì)資源化利用越來(lái)越受到科研工作者的廣泛關(guān)注，其中以生物質(zhì)為原料制備活性炭是研究熱點(diǎn)之一。輕工發(fā)酵行業(yè)的工藝過(guò)程中副產(chǎn)大量的發(fā)酵殘?jiān)?，其產(chǎn)量大且集中，富含木質(zhì)纖維素，是典型的生物質(zhì)資源。同時(shí)，這些生物質(zhì)殘?jiān)泻扛?/p>

2、，呈弱酸性，易腐爛變質(zhì)，是潛在的環(huán)境污染源。本研究以固態(tài)發(fā)酵釀酒過(guò)程中副產(chǎn)的白酒糟為典型原料，通過(guò)制備碳基多孔功能材料（活性炭）以實(shí)現(xiàn)其高質(zhì)化利用，該研究工作對(duì)于發(fā)酵行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　文中分別采用物理活化法、物理-化學(xué)活化法、化學(xué)活化法制備活性炭，系統(tǒng)考察了炭化溫度、活化溫度、活化強(qiáng)度（活化劑相對(duì)原料炭化料用量和活化時(shí)間）以及活化方法等制備因素對(duì)材料吸附性能的影響規(guī)律，得到活性炭制備的最佳操作條件

3、。采用N2吸附對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的比表面積、孔體積、平均孔徑進(jìn)行了表征。利用掃描電鏡測(cè)定了原料、炭化料和活性炭產(chǎn)品的形貌特征。采用X射線衍射儀分析了中間產(chǎn)物和目標(biāo)活性炭產(chǎn)物在不同制備條件下的碳質(zhì)微晶結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。所得研究結(jié)果如下:
　　(1)以白酒糟為原料進(jìn)行炭化的最佳溫度為450℃，且炭化溫度低時(shí)，炭化料的收率較高。
　　(2)以白酒糟為原料，采用水蒸氣活化法制備活性炭的最佳工藝參數(shù):水蒸氣流量0.04 g/min·g炭化料，活

4、化溫度800℃時(shí)所得活性炭產(chǎn)物的碘吸附性能最佳，其值為580.9 mg/g，產(chǎn)物比表面積和孔體積分別為371.6 m2/g，0.34 cm3/g，活化溫度850℃時(shí)具有最佳的亞甲基藍(lán)吸附性能，其值為98.7 mg/g，產(chǎn)物比表面積和孔體積分別為323.8 m2/g，0.32 cm3/g;采用CO2活化法制備活性炭的最佳工藝參數(shù):CO2流量12 mL/min·g炭化料，活化溫度850℃時(shí)所得活性炭產(chǎn)物的碘吸附性能最佳，其值為547.8 m

5、g/g，產(chǎn)物比表面積和孔體積分別為313.8 m2/g，0.24 cm3/g;活化溫度950℃時(shí)具有最佳的亞甲基藍(lán)吸附性能，其值為60.5 mg/g，產(chǎn)物比表面積和孔體積分別為337.1 m2/g，0.25 cm3/g。
　　(3)將炭化料通過(guò)堿處理后物理活化或物理活化產(chǎn)物進(jìn)一步堿處理，均可顯著降低目標(biāo)產(chǎn)物中灰分的含量，炭化料堿處理后進(jìn)一步活化制備活性炭的碘吸附值提高為853.9 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為128.4 mg/g，產(chǎn)

6、物比表面積和孔體積分別為553.8 m2/g，0.61 cm3/g;經(jīng)物理活性制備的活性炭再進(jìn)行堿處理后所得產(chǎn)物的碘和亞甲基藍(lán)吸附值分別為760.0 mg/g，162.0 mg/g，產(chǎn)物比表面積和孔體積分別為622.9 m2/g，0.67 cm3/g。
　　(4)以白酒糟為原料，采用化學(xué)活化法以KOH作為活化劑制備的活性炭比物理活化、NaOH、ZnCl2、 H3PO4活化所得產(chǎn)物具有更好碘和亞甲基藍(lán)吸附性能。綜合考慮活化效果、活化

7、成本以及對(duì)環(huán)境的影響最佳工藝條件為KOH與炭化料的質(zhì)量比為1∶1，活化溫度為850℃，活化時(shí)間為1h，所得活性炭產(chǎn)物的碘和亞甲基藍(lán)吸附值分別為1206.7 mg/g，324.7 mg/g，比表面積和孔體積分別為1248 m2/g，0.75 cm3/g。
　　概括而言，采用物理活化法制備的活性炭比表面積和孔體積較小，吸附性能較差，但其制備工藝較簡(jiǎn)單，操作費(fèi)用較低，適用于常規(guī)的水處理;物理-化學(xué)活化法制備的活性炭比表面積、孔體積以及對(duì)