改性椰壳活性炭对工业废水中氨氮的吸附行为研究

为高效去除工业废水中的氨氮化合物,采用椰壳活性炭为原材料,通过碱性溶液改性制备高性能吸附剂.通过表面特征分析发现2 mol/L氢氧化钠改性后的椰壳活性炭孔体积和吸附平均孔径最小,比表面积最大;分析不同体系温度对改性活性炭吸附性能的影响,结果表明:温度对于氨氮的吸附效率影响较大,在35℃时的吸附效果最优,利用等温吸附模型Langmuir方程拟合得到计算理论吸附量为38.8 mg/g;改性椰壳活性炭的吸附行为符合准二级动力学模型,进一步表明椰壳活性炭对废水中氨氮化合物的吸附是易于发生的化学吸附过程.由此可见,改性椰壳活性炭作为一种高性能吸附材料,在去除水中的氨氮化合物方面具有良好的应用价值.

高性能活性炭净化滤芯及其制备方法

本发明公开了高性能活性炭净化滤芯,包括以下原料:椰壳活性炭70～80重量份,超高分子粘结剂10～15重量份,蛭石5～20重量份,沸石分子筛10～15重量份.本发明还公开了所述的高性能活性炭净化滤芯的制备方法,包括:步骤一,将上述重量份的椰壳活性炭,超高分子粘结剂,蛭石,沸石分子筛分别研磨,过筛至250～400目后,依次经混合搅拌1～2h,预加热至45～55℃,得到混合粉料;步骤二,混合粉料经挤出成型后冷却至室温,然后经裁切后,得到滤芯.本发明中超高分子粘结剂在预加热形成更好粘流态,与其他原料均匀混合,防止原料间形成分层现象,孔隙率高于60%,过滤效率在98.5%以上,除菌率达到99.1%.

基于新型活化反应器的椰壳活性炭制备条件优化研究

本文通过使用一种新型的活化反应器,以椰壳炭化料为原料,采用水蒸气活化法在不同操作条件下制备椰壳活性炭,探讨了水蒸气活化试验中活化温度,水蒸气流量,活化时间,炭化料颗粒度对活性炭得率,活性炭碘值,灰分,水分,pH值,表观密度,粒度分布及强度等指标的影响.结果表明,活化温度,水蒸气流量,活化时间,炭化料颗粒度是该新型活化反应器制备椰壳活性炭最重要的影响因素.正交试验结果表明,使用本新型活化反应器制备高性能椰壳活性炭的最优参数为:活化温度750℃,水蒸气流量5 g/min,活化时间1.5 h,炭化料颗粒度20目.

一种气化活化制备高性能椰壳活性炭的方法和应用

一种气化活化制备高性能椰壳活性炭的方法和应用,它涉及一种制备高性能椰壳活性炭的方法.本发明的目的是要解决现有技术存在的能耗高,活化时间长,外加药剂成本高的问题.方法:一,将椰壳在粉碎;二,将粉碎后的椰壳和椰麸进行球磨;三,分段控温煅烧;四,将反应产物通入热蒸汽活化,得到一种高性能椰壳活性炭.本发明方法从原子构成与原子构型两大微观层面提高活性炭性能,一方面提高碳原子石墨化程度;另一方面引入氮/硫/磷杂原子同步影响晶格中碳原子自旋效应,电荷效应和配体效应等,进一步强化其对有机物的吸附.本发明全过程无需外加化学药剂,工艺流程简单,有利于工业化生产.

含磷、氮活性炭的电化学应用基础研究

本文旨在利用传统的活性炭材料研究制备性质稳定、价格低廉的高性能超级电容器和燃料电池活性炭电极材料。高性能的超级电容器和燃料电池电极材料要求活性炭具有优异的孔隙表面可及性和稳定的电化学性能,调控活性炭微观结构、孔隙结构和表面化学结构是制备高性能超级电容器和燃料电池活性炭电极材料的基础。因此,本文主要是通过调控活性炭表面的含磷和含氮官能团的种类以及孔隙结构,制备高性能的含磷、氮活性炭电极材料,应用于超级电容器和燃料电池阴极的氧还原反应。采用磷酸、KOH和水蒸气活化制备三种类型的活性炭,以含磷活性炭的热处理和氨气改性为基本方式,调控活性炭表面含磷官能团和含氮官能团的结构。采用元素分析、X射线光电子能谱(XPS)、核磁共振(NMR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和氮气吸附等手段分析了活性炭的物理化学性质。采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗考察了活性炭在水系电解质溶液中作为超级电容器电极材料的电化学性能,采用循环伏安和线性扫描伏安考察活性炭在碱性电解质溶液中作为燃料电池阴极材料的电催化氧还原性能,得出如下几点结论:(1)采用磷酸活化木质纤维原料和磷酸改性椰壳基活性炭制备了两种类型的含磷活性炭,随后置于氮气或氢气气氛下在400–900oC范围内热处理。结果表明,在热处理过程中含磷官能团C-O-P逐步演变成C-P-O、C_3-P=O和C_3-P结构甚至是单质磷。磷酸盐基团在氮气下比在氢气气氛下具有更好的热稳定性。在氮气下,当热处理温度在800oC以上时,C-O-P结构大量演变成C-P-O和C_3-P=O结构;然而,即使在900oC下,都未形成C_3-P结构。在氢气下,相应的演变发生在500oC,且形成了C_3-P结构并最终演变成磷单质。此外,位于类石墨微晶边缘的含磷官能团比位于碳骨架内的含磷官能团更容易发生演变。通过测试含磷活性炭作为超级电容器电极材料和氧还原电催化剂的电化学性能,结果表明,活性炭表面含磷官能团可引入赝电容,从而提高超级电容器活性炭电极的比电容量,磷元素含量为5.88wt%的活性炭的比电容量在0.1 A g~(-1)下达到185 F g~(-1)。在氧还原反应过程中,活性炭表面含磷官能团可改变氧还原反应路径使其更趋向于四电子过程。另外,中孔有利于电解质离子和氧分子在活性炭孔隙内的扩散。(2)采用KOH活化椰壳基炭,随后通过氨气改性引入含氮官能团。设计了三种氨气改性方法来调控活性炭表面含氮官能团的种类。结果表明,活性炭表面含氮官能团的种类分布明显受氨气改性方法和温度的影响。当氨气改性温度为950oC时,活性炭中的吡啶氮相对含量最高,且中孔孔容显著提高。当温度继续升高到1000oC时,活性炭中的季氮含量明显增加。通过测试活性炭的电催化氧还原性能,结果显示,所制备的含氮活性炭具有优异的电催化氧还原活性,氧还原起始电位(–0.05 V vs.Ag/AgCl)和极限电流密度(在–1.0V vs.Ag/AgCl电位、1600 rpm转速和5 mV s~(-1)扫速下为4.55 mA cm~(-2))均比得上商业20%Pt/C催化剂(–0.02 V vs.Ag/AgCl和5.13 mA cm~(-2))。此外,氧还原反应以四电子路径催化,并具有较好的稳定性和优异的抗甲醇性能。这主要是由于活性炭表面的吡啶氮和季氮有利于提高电催化氧还原活性。(3)采用磷酸和水蒸气活化制备了两种类型的活性炭,随后通过氨气改性引入含氮官能团,测试了活性炭的电催化氧还原性能。结果显示,与水蒸气活化制备的活性炭相比,磷酸活化法活性炭经过氨气改性后其电催化氧还原活性更高,氧还原起始电位和极限电流密度分别为–0.09 V vs.Ag/AgCl和5.05 mA cm~(-2)(在–1.0 V vs.Ag/AgCl电位、1600 rpm转速和10 mV s~(-1)扫速下),均比得上商业20%Pt/C催化剂(–0.07 V vs.Ag/AgCl和5.24 mA cm~(-2))。此外,氧还原反应以四电子路径催化,且具有较好的稳定性和优异的抗甲醇性能。这主要归因于三方面:第一,活性炭表面含磷官能团有利于氨气改性过程中氮原子的引入,导致活性炭中具有较高的吡啶氮和季氮含量;第二,磷酸活化法活性炭具有较高的中孔孔容;第三,活性炭表面含磷官能团也有利于提高其电催化氧还原性能。这些结果说明了可直接采用工业上大规模生产的磷酸法活性炭经氨气改性后制备出廉价且无金属的高活性氧还原电催化剂应用于燃料电池中。