磁性生物质活性炭的制备及其对工业染料废水的吸附特性研究

本文采用产量巨大,价格低廉,高固定碳含量,低灰分的花生壳作为生物质原料,采用一步法制备具有高吸附性能的磁性生物质活性炭(MAC),并用于孔雀石绿(MG)染料废水的吸附研究.将农林废弃物用于工业废水的处理,既降低了废水的处理成本,又减轻了农林废弃物对环境的负担,达到了以废治废的目的.基于此,本文围绕FeCl_3的热转化赋磁机制,研究了MAC的一步法制备特性,并开展了MgO纳米颗粒的吸附强化特性研究,探究了MAC的传质吸附机理,实现了MAC的快速回收,并探索了有效的再生方法.具体研究工作如下:(1)耦合化学-物理活化和磁化反应机制,以花生壳为原料,采用FeCl_3在CO_2气氛下一步活化制备单金属Fe-MAC.结果证实,CO_2通过C-CO_2反应使材料的孔隙结构更加发达,并且作为氧化性气氛将FeCl_3转化为Fe_3O_4磁性颗粒.Fe-MAC对于MG染料废水表现出良好的吸附性能,在298 K获得的Langmuir单层饱和吸附量达到1106.40 mg/g.Fe-MAC对MG以物理吸附为主,同时存在化学吸附.吸附驱动力来自于由浓度差导致的内外部传质,吸附过程受制于活性位点的数目.Fe-MAC和MG之间的相互作用力主要包括π-π共轭和氢键,在碱性条件下静电吸引将成为主要作用力,促进Fe-MAC对MG的稳定高吸附性能.从热力学的角度,Fe-MAC对MG的吸附是自发的,焓驱动的放热过程,降低温度有利于吸附的进行.(2)引入MgCl_2制备了具有高吸附性能的Fe-Mg-BAC,开展了MgO纳米颗粒的吸附强化特性研究.结果显示,MgCl_2在CO_2气氛中受热分解并重结晶呈MgO纳米颗粒,其包覆聚集在Fe_3O_4表面形成Fe_3O_4/MgO复合纳米结构.大量MgO纳米颗粒在酸/碱条件下形成Mg-OH活性位点,通过与MG中的N原子形成氢键显著地增强Fe-Mg-BAC对MG的亲和力,其最佳样本Fe-Mg15在298 K下对初始浓度为800 mg/g的MG溶液的吸附量高达3240.43 mg/g.Fe-Mg-MAC对MG的吸附过程以化学吸附为主导,MgO活性位点对MG的高亲和力促进了固-液界面熵增,使Fe-Mg-BAC对MG的吸附成为自发的,熵驱动的吸热过程,温度的升高有利于吸附的进行.(3)基于Fe-MAC和Fe-Mg-BAC的表面特性和吸附机制,MG的分子结构和分解特性,开展了MAC的再生循环特性研究.结果表明,由于化学吸附在Fe-MAC和Fe-Mg-BAC对MG的吸附机理中占据重要地位,采用化学再生法无法将吸附剂中的MG分子有效脱除.而在热再生过程中,由于MG的热分解率极低,存在于吸附剂孔隙内的MG分子中大量无法分解脱除的无定形碳结晶成为石墨晶体或部分石墨微晶结构,成为吸附剂中"碳骨架"的一部分,在MAC孔隙结构的重构中发挥了重要作用,使再生MAC在有限次数的循环使用中吸附性能得到逐步提高.

制备高吸附性无烟煤活性炭的试验研究

采用正交试验研究晋城无烟煤制备高吸附性活性炭的试验条件,得出最优的水平组合为炭化温度600℃,炭化时间1.5 h,活化时间4 h,添加剂采用质量分数为8%的硝酸钠,在此最佳水平组合下,通过酸洗脱灰,可制得吸附性较高的活性炭产品.

糠醛渣的热解及制备高吸附性活性炭的研究

通过糠醛渣在N2条件下的热重(thermogravimetric,TG)分析,确定合适的炭化条件:温度450℃,炭化时间1h.分析了不同条件下热解气的成分,含量,结果表明:随着热解温度的提高,H2,CO,CH4均有不同程度的提高.并且考察了活化温度,活化时间,水蒸气通量对制得活性炭性能的影响,最终确定活化温度为850℃,活化时间为3.0h,水蒸气通量为0.90 kg/(h· kg料).此条件下制得的活性炭的碘吸附值达946.80mg/g,亚甲基蓝吸附值为296.56mg/g,活性炭得率为20.30%.

活性炭处理挥发性有机物的研究现状及应用展望

活性炭吸附工艺适合处理低浓度,高通量的挥发性有机物(VOCs)废气,而活性炭种类较多且VOCs废气来源广泛,组成复杂,因而需根据有机废气特性选用活性炭以取得理想的净化效果.从活性炭的孔结构,比表面积,表面官能团,堆积密度及灰分等方面开展分析,且基于吸附理论从有机质沸点,分子结构及极性等有机质特性方面进行探讨.通常沸点高的VOCs组分更易于吸附在活性炭表面,但也要综合有机质的极性,分子结构与活性炭的表面化学及孔结构关系才会取得理想的净化效果;活性炭处理温度高,湿度大的VOCs废气效果较差.提出针对分散的,排放量低的VOCs废气处理,应用于小型活性炭固定床装置较为合适,指出对处理VOCs失效的活性炭集中再生是未来的发展趋势;建议建立活性炭处理VOCs评价平台,开展活性炭吸附-脱附循环研究从而达到"精准选炭"的目的.

一种高吸附性的有机废气吸收装置

本实用新型涉及废气处理技术领域,具体为一种高吸附性的有机废气吸收装置,包括过滤箱体和滤框,所述过滤箱体内部开设有过滤腔,所述滤框内部安装有活性炭过滤体,且所述滤框整体插接在所述过滤腔内部.本实用新型通过过滤箱体配合滤框使用,实现对活性炭过滤体进行存放,同时活性炭过滤体配合两侧的进风管和出风管使用,实现对有机废气进行过滤和吸附,同时固定机构方便对滤框和活性炭过滤体进行拆卸更换,方便后续进行更换脱附,并且两侧的干燥管配合内干燥口使用,可实现对活性炭过滤体进行吹风干燥,同时加热管实现对导热板进行加热,同时导热板将活性炭过滤体进行加热,实现对活性炭过滤体的干燥,提高了吸附效果.