生物质活性炭制备及其吸附挥发性苯系物的研究

随着化学工业与经济的发展,大量挥发性有机化合物(VOCs)被释放到大气环境中.这不仅严重威胁着人类的健康,也导致光化学烟雾,城市灰霾等复合大气污染问题.有机废气的处理方法主要有回收法和消除法,其中炭吸附是最广泛使用的回收技术之一.本论文主要研究生物质活性炭吸附脱除工业焦油和VOCs,以典型挥发性苯系物(甲苯和苯酚)为模型化合物.通过化学活化调控生物炭空隙结构,提高生物炭比表面积,从而强化生物炭的吸附性能.同时,考察生物炭吸附单一型和复合型挥发性苯系物的机制及其动力学模型.此外,饱和活性炭吸附剂可以热再生回用.主要研究结论如下: (1)本论文研究了两步法制备稻壳基活性炭吸附甲苯,并考察不同碱炭比(氢氧化钾与生物炭的质量比)对活性炭的物化/结构特性和吸附性能影响.研究表明,碱炭比对活性炭的性质有很大影响.当质量比为3:1时,活性炭具有高比表面积(SBET:1818m2/g),且以介-微多级孔道结构为主,从而增强甲苯吸附性能(穿透时间:2784min和吸附容量1028.05mg/g).此外,稻壳基活性炭吸附甲苯符合伪二阶吸附反应动力学模型. (2)为了缩减活性炭制备步骤和活化剂用量,本论文研究了一步热解法制备高性能生物质(如木质素,稻壳)活性炭并用于吸附甲苯.研究表明,原始生物炭具有低的比表面积.生物质与氢氧化钾混合(质量比1:1)热解可以显著提高生物炭的比表面积.此外,添加聚氯乙烯(PVC)塑料可以进一步提高生物炭的比表面积.木质素炭的比表面积略高于稻壳炭的比表面积.木质素活性炭(LPKC)吸附甲苯的最大的穿透时间为2197.5min,饱和吸附容量为1082.54mg/g. (3)碳酸钠(K2CO3)和草酸钾(K2C2O4)具有较低腐蚀性,可以替代氢氧化钾(KOH).本论文研究了稻壳(RH)与不同的钾化合物(KOH,K2CO3和K2C2O4)机械混合(质量比1:1)并采用一步催化热解法制备高品质生物油和活性炭.活性炭用于吸附挥发性苯系物(甲苯和苯酚).研究发现,由于钾化合物优良的催化性能,生物质在较低的温度范围内发生分解,其催化活性顺序为KOHgt;K2CO3gt;K2C2O4.在高温热解条件下,K2C2O4有利于制备高含量碳氢化合物的生物油.由于活化过程比较温和,RHC-K2C2O4具有最大比表面积为1347m2/g,最大的甲苯穿透吸附时间为1230分钟和吸附容量为609.38mg/g.此外,活性炭可以有效地吸附甲苯-苯酚混合物,其中RHC-K2C2O4有最高的甲苯吸附容量为115.47mg/g和苯酚吸附容量为531.95mg/g.