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秸秆糖化残渣制备活性炭及其吸附性能的研究

作　者: 董宇
导　师: 申哲民
学　校: 上海交通大学
专　业: 环境工程
关键词: 秸秆活性炭吸附双酚A
分类号: TQ424.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

活性炭拥有丰富的孔状结构,具有内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的特征,能够吸附水中浓度较低、其它方法难以去除的物质,在废水处理、脱硫、有机溶液回收、空气净化、半导体等众多应用领域都有广泛的用途。超临界技术作为秸秆资源化利用的新途径,得到了广泛的研究和应用。然而在秸秆的超临界前处理过程中,对产生的固体残渣尚无合理的处置方法。本论文利用亚/超临界技术对生物质秸秆进行水解中产生的残渣为原料,制备为具有吸附能力的活性炭,以增加秸秆的利用价值,提高秸秆能源化的经济性。本文的主要研究内容及结论如下:以秸秆糖化残渣为原料,分别以磷酸和氯化锌为活化剂制备活性炭,探讨了活化温度、活化时间、固液比、浸渍时间等因素对秸秆活性炭吸附性能的影响,并进行了利用所制备的活性炭吸附双酚A的动力学研究和热力学研究。结果表明,当以稻草糖化残渣为原料,以磷酸作为活化剂,活化温度为900°C,活化时间为60 min,固液比为1:5,浸渍时间为12 h时,得率42.3%,制得稻草活性炭的碘吸附值可达到1011.7 mg·g^-1,亚甲基蓝吸附值116.5 mg·g^-1,比普通市售活性炭吸附量约高12.4%。以氯化锌作为活化剂,活化温度为900°C,活化时间为90 min,固液比为1:5,浸渍时间为12 h时,得率46.3%,制得的稻草活性炭的碘吸附值可达到1201.1 mg·g^-1,亚甲基蓝吸附值146.5 mg·g^-1,比普通市售活性炭吸附量高约33.4%。选用最优条件下制备的活性炭样品应用于模拟废水中双酚A （BPA）的吸附。氯化锌活性炭比磷酸活性炭有较好的吸附性能。35℃时,氯化锌活性炭对亚甲基蓝的吸附量最大值为214.1 mg·g^-1,对双酚A的吸附量最大值为123.2 mg·g^-1。磷酸活性炭和氯化锌活性炭吸附BPA时具有相似的动力学及热力学特征:二者与Langmuir模型拟合度均高于0.99,说明是单分子层吸附;吸附动力学符合准二级动力学方程,说明存在化学吸附。热力学研究显示,△H>0,说明吸附为吸热过程;△G<0,说明吸附质倾向于从溶液中吸附到吸附剂表面,反应过程是自发进行的;△S>0,说明亚甲基蓝在活性碳上的吸附是熵推动过程,固/液相界面上分子运动更为混乱。通过亚超临界预处理稻草秸秆以及对稻草秸秆残渣的利用,经计算可以得出1 t稻草秸秆产糖210 kg,产生的稻草秸秆残渣可以生产300 kg磷酸活性炭或320 kg氯化锌活性炭,分别产生1766.70元和1932.59元的产值。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
第一章绪论  15-33
  1.1 生物质秸秆的基本组成和性质  15-19
    1.1.1 纤维素  16-17
    1.1.2 半纤维素  17-18
    1.1.3 木质素  18-19
  1.2 秸秆生物质能源的利用  19-24
    1.2.1 我国秸秆利用现状  19-20
    1.2.2 秸秆主要利用途径介绍  20-24
  1.3 活性炭性质及特点  24
  1.4 生物质活性炭原料  24-25
  1.5 活性炭的制备工艺  25-27
    1.5.1 炭化  25-26
    1.5.2 活化  26-27
  1.6 活性炭在液相吸附中的应用  27-30
    1.6.1 吸附机理  28-29
    1.6.2 吸附类型  29
    1.6.3 吸附模型  29-30
  1.7 课题来源及研究思路  30-32
    1.7.1 课题来源  30
    1.7.2 研究思路  30-31
    1.7.3 研究内容  31-32
  1.8 研究技术路线  32-33
第二章生物质水热残渣制备活性炭的研究  33-51
  2.1 实验材料  33-36
    2.1.1 实验原料  33
    2.1.2 实验药品  33
    2.1.3 实验装置  33-35
    2.1.4 实验仪器  35-36
  2.2 试验方法  36-38
    2.2.1 实验步骤  36
    2.2.2 检测方法  36-38
    2.2.3 样品得率的计算  38
  2.3 磷酸法制备稻草秸秆水热残渣活性炭  38-44
    2.3.1 单因素实验  38-41
    2.3.2 正交实验  41-44
  2.4 氯化锌法制备稻草秸秆水热残渣活性炭  44-49
    2.4.1 单因素实验  44-47
    2.4.2 正交实验  47-49
  2.5 本章小结  49-51
第三章不同种类活性炭制备的比较  51-60
  3.1 实验材料  51-52
    3.1.1 实验原料  51
    3.1.2 实验药品  51
    3.1.3 实验装置  51
    3.1.4 实验仪器  51-52
  3.2 实验方法  52-53
    3.2.1 实验步骤  52
    3.2.2 检测方法  52
    3.2.3 活性炭实际得率  52-53
  3.3 不同原料活性炭  53-57
    3.3.1 稻草秸秆活性炭  53
    3.3.2 秸秆活性炭  53-55
    3.3.3 糖化残渣活性炭  55-57
  3.4 秸秆资源化的经济分析  57-58
  3.5 本章小结  58-60
第四章稻草残渣活性炭性能的表征  60-70
  4.1 实验材料  60-61
    4.1.1 实验原料  60
    4.1.2 实验仪器  60-61
  4.2 实验方法  61-63
    4.2.1 电镜扫描分析  61
    4.2.2 红外光谱( FT-IR) 分析  61-62
    4.2.3 比表面积和孔径分布表征  62-63
  4.3 稻草活性炭的扫描电镜分析  63-66
    4.3.1 磷酸活性炭  63-65
    4.3.2 氯化锌活性炭  65-66
  4.4 稻草活性炭的红外光谱分析  66-67
  4.5 活性炭的氮气吸附脱附实验  67-69
    4.5.1 磷酸活性炭的氮气吸附脱附实验  67-68
    4.5.2 氯化锌活性炭的氮气吸附脱附实验  68-69
  4.6 本章小结  69-70
第五章稻草残渣活性炭性对MB、BPA 的吸附研究  70-88
  5.1 实验材料  70-71
    5.1.1 实验原料  70
    5.1.2 实验药品  70
    5.1.3 实验仪器  70-71
  5.2 实验方法  71-74
    5.2.1 标准曲线的绘制  71-73
    5.2.2 活性炭吸附亚甲基蓝和BPA 溶液的静态动力学实验  73
    5.2.3 活性炭吸附亚甲基蓝和BPA 溶液的静态平衡实验  73-74
  5.3 两种稻草活性炭对MB 的吸附研究  74-81
    5.3.1 稻草活性炭对MB 的吸附等温线  74-77
    5.3.2 稻草活性炭对MB 的吸附动力学  77-80
    5.3.3 热力学分析  80-81
  5.4 两种稻草活性炭对BPA 的吸附研究  81-87
    5.4.1 稻草活性炭对BPA 的吸附动力学  81-84
    5.4.2 稻草活性炭对BPA 的吸附等温线  84-86
    5.4.3 热力学分析  86-87
  5.5 本章小结  87-88
第六章结论与展望  88-90
  6.1 结论  88-89
  6.2 展望  89-90
参考文献  90-97
致谢  97-98
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  98

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