香蒲活性炭的制備、表征及其對Cr(Ⅵ)吸附性能研究.pdf

1、吸附劑的吸附性能和成本是影響吸附工藝應用的重要指標。因此，廉價的制備原料、合適的制備工藝和穩(wěn)定的再生工藝決定了活性炭的經(jīng)濟效應。本研究以生物質(zhì)狹葉香蒲（Typha angustifoliaL.）為原料，磷酸為活化劑制備活性炭;采用響應面法優(yōu)化香蒲活性炭(TAC)的制備工藝參數(shù);研究了不同因素對最佳工藝條件下制備的TAC吸附Cr(Ⅵ)性能的影響;對TAC吸附Cr(Ⅵ)進行了動力學、熱力學、等溫模型分析;同時采用響應面法優(yōu)化了TAC對Cr(

2、Ⅵ)的吸附條件;最后，研究了TAC的再生性能，以評估TAC的重復利用性和經(jīng)濟可行性。
　　研究TAC的最佳制備工藝參數(shù)。根據(jù)響應面分析原理，使用Design-Expert(V8.0.6)統(tǒng)計軟件的Box-behnken中心組合建立試驗模型，對制備TAC的主要影響因素（浸漬比、活化時間和活化溫度）進行了試驗優(yōu)化設(shè)計;采用Design-Expert統(tǒng)計軟件擬合試驗數(shù)據(jù)，得出Cr(Ⅵ)去除率和得炭率的回歸方程模型;運用響應面分析法對影響

3、TAC性能的主要制備工藝參數(shù)進行顯著性分析和交互作用分析，確定了TAC最佳制備工藝條件。實驗結(jié)果表明:TAC的制備工藝條件中，浸漬比對Cr(Ⅵ)去除率和TAC得炭率的影響最為顯著，活化溫度的影響最小;最佳制備工藝條件為活化溫度469.02℃、浸漬比4∶1、活化時間1.5 h，按照最佳工藝條件制備的TAC對Cr(Ⅵ)去除率實測值為90.01％，得炭率實測值為38.23％。
　　研究最佳工藝條件下制備的TAC對Cr(Ⅵ)的最佳吸附條件

4、。根據(jù)響應面分析原理，使用Design-Expert統(tǒng)計軟件的Box-behnken中心組合建立試驗模型，對TAC吸附Cr(Ⅵ)的主要影響因素(溶液pH、投碳量和Cr(Ⅵ)溶液初始濃度）進行了試驗優(yōu)化設(shè)計;根據(jù)Design-Expert統(tǒng)計軟件擬合試驗數(shù)據(jù)，得出Cr(Ⅵ)吸附量的回歸方程模型;運用響應面分析法對影響TAC吸附Cr(Ⅵ)的主要影響因素進行顯著性分析和交互作用分析，確定TAC對Cr(Ⅵ)的最佳吸附條件。實驗結(jié)果表明:TAC對

5、Cr(Ⅵ)吸附影響因素中，投炭量對Cr(Ⅵ)吸附量的影響最為顯著，pH的影響最小;最佳吸附條件為:pH為2.21、Cr初始濃度80 mg/L、投炭量0.02 g，按照最佳吸附條件進行實驗，TAC對Cr(Ⅵ)吸附量實測值為59.54 mg/g。
　　研究最佳工藝條件下制備的TAC對水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附性能。結(jié)果表明，TAC對水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附受溶液起始pH、溫度、時間、活性炭投加量、初始溶液濃度的影響。吸附熱力學和動力學研

6、究表明，活性炭對水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附是自發(fā)的吸熱過程，動力學實驗結(jié)果符合二級動力學吸附模型，吸附平衡數(shù)據(jù)符合Langmuir等溫吸附模型。在25℃條件下，Langmuir模型擬合結(jié)果得到的Cr(Ⅵ)最大吸附量Qm為43.26 mg/g。這說明活性炭對Cr(Ⅵ)的吸附效果較好，具有較大的應用潛力。
　　采用物理吸附儀在77K下測定TAC的氮氣吸附-脫附等溫線，通過BET方程計算TAC的比表面積、孔容孔徑以及孔徑分布;采用掃描電子

7、顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)和Zeta電位測定對最優(yōu)條件下制備的TAC進行表征，分析活性炭表面結(jié)構(gòu)和形態(tài)、內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)、表面官能團、表面元素組成和等電點。理化性質(zhì)分析表明TAC表面凹凸不平、多孔，含有亂層化的類石墨晶型結(jié)構(gòu);比表面積為789.32 m2/g，孔容0.81 cm3/g，平均孔徑4.09 nm，孔徑分布以中孔為主，并含有一定量的大孔;含有-OH、C=O、C-O