膨脹石墨-活性炭成型復(fù)合材料的制備及其苯酚吸附性能的研究.pdf

1、含酚廢水是工業(yè)有機(jī)廢水中最有代表性的一類，具有極強(qiáng)的生物毒性，是工業(yè)應(yīng)用中需要重點(diǎn)解決的有害廢水之一。作為吸附法處理含酚廢水中的主要材料，活性炭吸附性能好、吸附容量大，對高、低濃度含酚廢水都有著較好的去除效果。但是目前廣泛使用的粉末和粒狀活性炭，存在粉塵污染大、傳質(zhì)推動力小、壓降大、濃度梯度大、機(jī)械強(qiáng)度低等缺點(diǎn)；另外每次循環(huán)使用過程中由于顆粒間摩擦作用造成的損耗高達(dá)5％-10％，導(dǎo)致活性炭重復(fù)利用效率不高。因此制備具有高機(jī)械強(qiáng)度、形狀可

2、控的成型活性炭的研究逐漸成為目前的熱點(diǎn)。 本文利用膨脹石墨獨(dú)特的微米級孔隙結(jié)構(gòu)，將蔗糖以溶液的方式引入壓縮膨脹石墨塊，通過不同活化方法制備具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的膨脹石墨．活性炭成型復(fù)合材料，考察了活化劑種類以及活化溫度、活化時間和浸漬比對所得材料微孔結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：不同活化劑活化所得材料的最大比表面積有很大差異：CO2和KOH活化所得材料最大比表面積只有1098m2/g和937m2/g，而磷酸活化法可以成功制得最大比表面積達(dá)1

3、978m2/g的高比表面積復(fù)合材料。對材料進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析表明，復(fù)合材料是由膨脹石墨基體的石墨炭和蔗糖炭化、活化后形成的無定形炭組成；在復(fù)合材料中，大部分活性炭鋪展在膨脹石墨蠕蟲表面或以蛋殼狀沉積在纏繞空間中，只有少量活性炭以炭膜形式進(jìn)入了膨脹石墨的二級孔內(nèi)；材料中活性炭的引入使得膨脹石墨基體內(nèi)部的開放孔數(shù)量有所減少，但仍部分保留了膨脹石墨的微米級孔隙結(jié)構(gòu)，使得復(fù)合材料不僅具有了吸附能力極強(qiáng)的微孔結(jié)構(gòu)，還具有了傳統(tǒng)活性炭所不具備的微米級

4、大孔傳質(zhì)通道。 使用靜態(tài)吸附法和FT—IR分別研究不同活化方法所得復(fù)合材料的吸附性能和表面化學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明：材料的吸附能力不僅取決于其微孔結(jié)構(gòu)性能，還與其表面化學(xué)性質(zhì)有很大關(guān)系。雖然H3PO4活化法所得材料的比表面積最大，但其苯酚吸附能力最大只有168mg/g，而CO2和KOH活化法所得材料的吸附能力最大可達(dá)299.6mg/g和272mg/g。這是由于磷酸活化復(fù)合材料表面存在的大量含氧酸性官能團(tuán)(P=OOH、P=O、P—O—C

5、等)，增加了其表面親水性，削弱了對弱極性疏水分子苯酚的吸附能力。通過高溫處理的方法對磷酸活化復(fù)合材料進(jìn)行處理后，材料表面酸性含氧官能團(tuán)大量分解，表面疏水性增強(qiáng)，其吸附容量從168mg/g上升到310mg/g。 使用改性后的復(fù)合材料對含酚廢水進(jìn)行吸附床動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，復(fù)合材料特有的微米級大孔、微孔相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，不僅減少了水流在吸附柱中的流通阻力，還增大了活性炭的鋪展面積，提高了其利用效率。在動態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中，顆粒活性炭的動態(tài)