麻秆基介孔活性炭的制备及对有机染料的吸附性能研究

作     者：孙晓娟 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：葛超

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：麻秆 活化方式 三聚氰胺 活性炭 吸附 甲基橙 

摘      要：废弃资源的回收利用与环境污染成为当今社会面临的重要难题。大麻作为一种天然的植物纤维,成本低廉且可再生,其韧皮、籽实等部位被广泛应用于纺织、石油化工等领域,剩余的麻秆通常被焚烧或填埋,造成了资源浪费及环境的污染;同时,纺织印染废水的排放严重威胁到环境及人体健康。因此,利用废弃天然植物纤维制备活性炭作吸附剂治理废水中的染料,在改善环境、促进经济、和谐发展方面具有重要的意义。本论文以麻秆为原料,通过改变活化方式、活化温度制备活性炭,并进一步探究其对染料的吸附能力。本文的研究内容如下:(1)以麻秆作水热炭化、化学活化两步法的碳源制备活性炭吸附剂,系统研究四种不同的活化剂(KOH、KCO、Zn Cl和HPO)和活化温度对材料产率、孔结构的影响;评估活化剂对炭微观形貌、表面化学官能团和染料吸附性能,得到最佳制备条件。结果表明:四种活化剂制备的活性炭均以微孔为主;在800℃,以KOH为活化剂制备的炭K-800产率为21.25%,拥有最大的比表面积1767.7 m/g和总孔容0.95 cm/g,同时表现出大的壳状空腔结构,孔道致密;在25℃和MO初始浓度为250 mg/L时,平衡吸附量可达627.4 mg/g。(2)为进一步提高材料的吸附能力,在KOH活化基础上加入三聚氰胺改性制备介孔炭吸附剂,研究三聚氰胺与炭前驱体质量比对炭微观形貌、孔结构和表面化学性质的影响,分析不同吸附条件下的吸附性能。结果表明:三聚氰胺可以创造微孔并拓宽孔径;在三聚氰胺与炭前驱体质量比为1的条件下制备的样品HC-M-1的比表面积和介孔容积分别从1768和0.3增加到3857 m/g和2.39 cm/g,介孔容积占总孔容的96%,孔径均匀地分布在3 nm左右;三聚氰胺的加入还引入含O和N官能团,提供吸附点锚定染料;HC-M-1显示出对甲基橙(MO)的吸附能力高达1228.7 mg/g,几乎100%的去除效率,吸附过程符合准二级动力学模型,其中内外扩散在吸附过程中起主要作用。热力学研究表明,吸附是放热过程,主要由物理吸附主导。单层吸附的Langmuir等温线模型显示理论最大吸附量为1428.6 mg/g。(3)采用环境友好的水蒸气活化法制备孔径可控的麻秆基介孔活性炭作吸附剂去除MO,系统研究活化温度对介孔炭微观形貌、孔结构和表面化学性质的影响,评估其吸附能力。结果表明:在800℃制备的麻秆基介孔活性炭HMAC-800,其比表面积可达1436.5 m/g,具有丰富且均一的介孔(～3 nm),介孔容积高达1.71 cm/g,其表面有丰富的含O官能团,有助于对大分子染料MO的吸附;在25℃和初始MO浓度为100 mg/L时,平衡吸附量可达487 mg/g,去除率接近100%,平衡时间为120 min。