【正文】 研究結(jié)果表明對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附屬于S型吸附等溫線，說(shuō)明對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附是一個(gè)多層物理吸附過(guò)程?？疾炝烁鞣N影響因素對(duì)吸附性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶液pH和離子強(qiáng)度對(duì)吸附有很大的影響。對(duì)其制備條件進(jìn)行了優(yōu)化，用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)、Xray衍射（XRD）、X光電子能譜（XPS）和紅外吸收光譜(FTIR)對(duì)所制備吸附劑、進(jìn)行了表征。研究了CMSP的N2等溫吸附線和脫附線，結(jié)合XPS，F(xiàn)TIR和熒光光譜對(duì)該吸附劑的制備及吸附機(jī)理進(jìn)行了探討，用BET方法和BJH模型考察了其表面積和孔結(jié)構(gòu)。動(dòng)力學(xué)研究表明對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，等溫線研究結(jié)果表明新型碳質(zhì)吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附屬于Langmuir吸附模型，計(jì)算了熱力學(xué)參數(shù)。制備的新型的碳硅復(fù)合吸附劑具有優(yōu)異的吸附性能，并且制備工藝簡(jiǎn)單，可作為活性炭類(lèi)吸附劑的廉價(jià)替代品，具有廣泛的應(yīng)用前景。 Methylene blue。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄摘 要 IAbstract II第一部分 緒論 11 活性炭的結(jié)構(gòu)性能 12 影響活性炭吸附性能的主要因素 23 活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域 2 水的處理方面的應(yīng)用 2 空氣凈化方面的應(yīng)用 3 溶劑回收 3 貴金屬回收 3 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 3 電子工業(yè)領(lǐng)域 4 催化劑或催化劑載體材料 44 活性炭的原料來(lái)源 4 植物類(lèi)原料 4 礦物類(lèi)原料 4 塑料類(lèi)原料 5 其他含碳廢棄物 55 活性炭的制備方法 6 物理活化法 6 化學(xué)活化法 7 物理化學(xué)聯(lián)合法 8 其他制備方法 86 活性炭在重金屬離子及染料吸附方面的應(yīng)用 9 活性炭處理含鉻廢水 9 活性炭處理含汞廢水 10 處理含鎘廢水 10 處理含鉛廢水 11 處理染料廢水 117 活性炭復(fù)合吸附劑的研究進(jìn)展 118 國(guó)內(nèi)外活性炭應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì) 12第二部分 實(shí)驗(yàn)部分 16第一章 碳微硅粉復(fù)合吸附劑的制備及表征 161 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 172 結(jié)果與討論 18 優(yōu)化制備條件 18 表面化學(xué)特征分析 18 形貌及形態(tài)表征 19 N2吸附和脫附等溫線及其孔結(jié)構(gòu) 21 幾種碳類(lèi)吸附劑吸附性能比較 22 碳微硅粉的制備及吸附機(jī)理 223 結(jié)論 24第二章 碳微硅粉復(fù)合吸附劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性能研究 261 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 262 結(jié)果與討論 27 pH值對(duì)吸附影響 27 離子強(qiáng)度對(duì)亞甲基藍(lán)吸附的影響 28 初始濃度對(duì)亞甲基藍(lán)吸附量的影響 28 亞甲基藍(lán)吸附動(dòng)力學(xué)研究 28 亞甲基藍(lán)吸附等溫線 303 結(jié)論 33第三章 碳微硅粉復(fù)合吸附劑對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附性能研究 341 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 342 結(jié)果與討論 35 pH值對(duì)Cr(Ⅵ)吸附影響 35 離子強(qiáng)度對(duì)Cr(Ⅵ)吸附的影響 36 吸附時(shí)間對(duì)Cr(Ⅵ)吸附的影響 36 Cr(Ⅵ)吸附動(dòng)力學(xué)研究 37 吸附等溫線 393 結(jié)論 39參考文獻(xiàn) 41附錄1 英文文獻(xiàn)（原文） 45附錄2 英文文獻(xiàn)（翻譯） 52致 謝 60第一部分 緒論前言18世紀(jì)末，人們首次發(fā)現(xiàn)木炭具有吸附能力，這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致木炭于1794年在英國(guó)精制糖廠首次獲得工業(yè)應(yīng)用。吸附法由于具有設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小、操作容易、效果穩(wěn)定、投資少、回收鉻方法簡(jiǎn)單、處理后廢水可循環(huán)使用、可再生使用等優(yōu)點(diǎn)而廣泛采用。實(shí)驗(yàn)證明,活性炭對(duì)廢水的吸附凈化過(guò)程實(shí)際上是幾種吸附類(lèi)型綜合作用的結(jié)果。活性炭結(jié)構(gòu)中有大量肉眼看不見(jiàn)的微孔，1克活性炭材料中微孔，將其展開(kāi)后表面積可高達(dá)800－1500平方米。2 影響活性炭吸附性能的主要因素① 活性炭本身的孔徑分布不同原料和方法制造的活性炭, 其孔徑分布情況不同。其中, 褐煤質(zhì)活性炭更適宜用于凈水。② 吸附質(zhì)的性質(zhì)對(duì)活性炭吸附的影響。經(jīng)吸附試驗(yàn)證實(shí)【2】,芳香族化合物比脂肪族化合物易被活性炭吸附對(duì)同族化合物, 在適當(dāng)?shù)姆肿恿績(jī)?nèi), 分子量越大吸附性能越好，支鏈化合物比直鏈化合物易被吸附，極性高的低分子化合物難被吸附。3 活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域 水的處理方面的應(yīng)用① 飲用水的凈化在自來(lái)水廠，為除去水中細(xì)菌等，需在水中加入有效氯，但氯與水中有機(jī)物反應(yīng)可能生成氯化物和因氯氣而發(fā)生異味，所以在家庭自來(lái)水管出口處人們常使用活性碳凈水器，而現(xiàn)在這種凈水器已逐步被活性炭?jī)羲魅〈?。mL1。各種廢水發(fā)出的臭氣可用活性炭去除。氧化還原功能，是活性炭的基本特征之一?；钚蕴繉?duì)人體中外源性毒素的吸附十分有效，在血液過(guò)濾、內(nèi)服解毒及外傷包扎與治療方面都有重要用途?；钚蕴烤哂辛己玫膶?dǎo)熱性能，摻入催化劑中，能有效地提高催化劑的傳熱能力，對(duì)于放熱劇烈的反應(yīng)尤為有利。其中煤和椰子殼已經(jīng)成為目前制造活性炭最常用的原料。 植物類(lèi)原料早期制備活性炭的原料主要是木質(zhì)原料，近年來(lái)制備活性炭謀求廉價(jià)原料的探索受到重視，使原料范圍增廣，除傳統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)木材、鋸木屑、木炭、椰殼炭、棕櫚核炭，另外還有農(nóng)林副產(chǎn)物和某些食品工業(yè)廢棄物包括廢木材、竹子、樹(shù)皮、風(fēng)倒木、核桃殼、果核、棉殼、咖啡豆梗、油棕殼、甘蔗渣、糠醛渣等。甘蔗渣作為制糖廠的廢棄物，回收利用可用來(lái)制造價(jià)格低廉具有特定性能的活性炭，用于污水處理和顏料吸附【】。另外，在煤炭開(kāi)采和浮選過(guò)程中，常伴隨大量低品質(zhì)成分，如劣質(zhì)煤、煤矸石等。(2)石油類(lèi)石油原料是指石油煉制過(guò)程中含碳產(chǎn)品及廢料，如石油瀝青、石油焦、石油油渣等。但此類(lèi)活性炭生產(chǎn)成本昂貴，僅限于藥、電子、氣體吸附儲(chǔ)存等領(lǐng)域。 塑料類(lèi)原料聚氯乙烯、聚丙烯、呋喃樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚碳酸脂、聚四氯乙烯等，這些原料可用來(lái)制活性炭。將廢輪胎經(jīng)過(guò)炭化、活化處理，生產(chǎn)活性炭作為吸附劑使用已有該方面的報(bào)道，P．Ariyadejwanich等人【12】將廢輪胎橡膠炭化在HCI中浸泡后用水蒸氣進(jìn)行活化，／g，比表面積為1119m2／g。當(dāng)活化條件太苛刻時(shí)，會(huì)增加所制的活性炭的灰分；另一個(gè)問(wèn)題是廢輪胎活性炭中含有重金屬鋅，不能用于水處理及土壤處理中，僅限于處理氣體使用。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此也有研究，趙乃勤等人【】用天津還原鐵廠含碳量為62．68％的除塵灰分離炭粉，用不同的活化方法制得比表面積為1191m2／g(化學(xué)物理法)和2322m2／g(化學(xué)活化法)的粉狀活性炭，研究表明對(duì)CClCH6蒸氣、廢水中Gr(vI)離子有良好的吸附性能。所研究過(guò)的泥種有處理食品工業(yè)中排水的剩余污泥，紙漿工廠排水的凝聚沉淀污泥，處理綜合廢水過(guò)程中產(chǎn)生的污泥。其工藝特點(diǎn)是：活化溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，能耗高，但該方法反應(yīng)條件溫和，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求不高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。(3)生成新孔活化氣體與微晶結(jié)構(gòu)中的邊角或有缺陷的部分具有活性的碳原子發(fā)生反應(yīng)，形成眾多新的微孔，使活性炭表面積進(jìn)一步擴(kuò)大。與物理活化法相比，化學(xué)活化法的工藝特點(diǎn)是：操作大大簡(jiǎn)化，活化溫度降低，時(shí)間縮短，能耗降低，并且可通過(guò)選擇不同活化劑制得具有特殊孔徑結(jié)構(gòu)的活性炭，例如KOH活化是產(chǎn)生新微孔，而H3PO4或磷酸鹽主要產(chǎn)生中孔。 ZnCl2和H3PO4活化劑ZnC12，和H3P04活化法是比較成熟的制備工藝，其活化作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面：(1)促進(jìn)熱解反應(yīng)過(guò)程，形成基于亂層石墨結(jié)構(gòu)的初始孔隙；(2)填充孔隙，避免焦油形成，清洗除去活化劑后留下發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)。KOH活化機(jī)理非常復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)定論，但普遍認(rèn)為KOH至少有兩個(gè)作用【23】，(I)堿與原料中的硅鋁化合物(如高嶺石、石英等)發(fā)生堿熔反應(yīng)生成可溶性的K2SiO3或KAIO2，它們?cè)诤筇幚碇斜幌慈?，留下低灰分的碳骨架?物理化學(xué)聯(lián)合法物理化學(xué)聯(lián)合改性法是將物理活化及化學(xué)活化兩種方法結(jié)合起來(lái)所采用的改性方法。通過(guò)對(duì)改性過(guò)后的活性炭進(jìn)行孔徑控制、表面化學(xué)性能修飾及負(fù)載金屬，可使活性炭的吸附性能大大提高。采用催化活化的方法可以提高活性炭的中孔容積。 界面活化法不同富碳基體間存在較大內(nèi)應(yīng)力使界面成為活化反應(yīng)中心。 鑄型炭化法將有機(jī)聚合物引入無(wú)機(jī)模板中很小空間(納米級(jí))并使之炭化，去除模板后即可得到與無(wú)機(jī)物模板空間結(jié)構(gòu)相似的多孔炭材料。Ozaki等【35】將酚醛樹(shù)脂和聚丁烯丁脂在甲醇中以1：1比例混合，制得中孔活性炭。 活性炭處理含鉻廢水隨著電鍍業(yè)的迅猛發(fā)展，大量的電鍍廢水對(duì)人類(lèi)環(huán)境造成越來(lái)越嚴(yán)重的危害?；钚蕴渴峭ㄟ^(guò)氫鍵吸附Gr(Ⅵ)的，圓滿(mǎn)地解釋了活性炭的吸附及再生過(guò)程，提出了提高活性炭吸附量的有效途徑。 活性炭處理含汞廢水在氯堿工業(yè)中，以汞為陰電極，制造氯氣和苛性鈉；聚氯乙烯、乙醛、醋酸乙烯的合成工業(yè)均以汞作為催化劑； 電子儀表工業(yè)也常用到汞， 故這些行業(yè)均排放含汞廢水【40】。將含汞量在l mg／L～2 mg／L以下的廢水通過(guò)活性炭濾塔，／L～ mg／L，回收汞后活性炭可再生并重復(fù)使用。據(jù)報(bào)道，用二硫化碳溶液預(yù)處理活性炭可以大幅度提高去除汞的能力。溫度升高、吸附量下降,在pH=8時(shí),吸附達(dá)到最大。結(jié)果表明,對(duì)于初始Cd2+質(zhì)量濃度為10mg/L的吸附溶液,最佳臭氧化時(shí)間為15min,最佳吸附時(shí)間為1h ,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:氧化改性后樣品對(duì)鉛離子的吸附速率非常迅速,吸附平衡時(shí)間僅需要5min。隨后用上述擴(kuò)散系數(shù)理論預(yù)測(cè)了其他操作條件下的流出曲線,結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)曲線與理論預(yù)測(cè)曲線能很好地相符,動(dòng)態(tài)法能可靠地獲取固液吸附過(guò)程的吸附及擴(kuò)散系數(shù)。染料廢水成份復(fù)雜，水質(zhì)變化大，色度深，濃度大，處理困難，水中的色度影響水生植物的光合作用，從而破壞水中的生態(tài)平衡。試驗(yàn)表明：處理活性艷紅X一3B模擬染料廢水的活性炭纖維、粒狀活性炭和椰殼活性炭經(jīng)120℃ 烘干l2h，600 W微波，再生10 s后，粒狀活性炭和椰殼活性炭的吸附性能恢復(fù)到原來(lái)的100％ ，【48】。結(jié)果表明：活化溫度在140℃、pH=6．5時(shí)復(fù)合吸附劑對(duì)土霉素最大吸附容量為21．78 mg／g，／g，討論并合理地解釋了影響吸附的因素，適宜條件下對(duì)吸附劑多次再生，最大吸附容量仍可達(dá)到21 mg／g以上。,美國(guó)燃煤電廠控制汞排放用粉狀活性炭將是活性炭新的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn),美國(guó)從2005年開(kāi)始控制和削減燃煤電廠汞排放量的70% ,成為世界上第一個(gè)控制燃煤電廠汞排放的國(guó)家,在控制汞排放的方法中,活性炭吸附法是最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一,預(yù)計(jì)美國(guó)市場(chǎng)該類(lèi)活性炭的需求量將在2010年后達(dá)到15萬(wàn)t/a。第三是韋斯特維科公司,年生產(chǎn)能力約5萬(wàn)t,約占美國(guó)活性炭總產(chǎn)量的20%。,。反觀其市場(chǎng)需求,由于活性炭應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,活性炭應(yīng)用也不斷深化,尤其是在汽車(chē)工業(yè)、溶劑與廢氣回收工業(yè)、空氣凈化工業(yè)、食品工業(yè)、水處理等行業(yè),發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)活性炭的需求過(guò)去幾年里一直保持穩(wěn)步增產(chǎn)的趨勢(shì)【52】 。未來(lái)10—20年,中國(guó)活性炭國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求將進(jìn)一步加大,因此,對(duì)于活性炭行業(yè),本世紀(jì)前20a是大有作為的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。目前,中國(guó)產(chǎn)量最大的煤基活性炭產(chǎn)品主要采用物理活化法,活化裝置則主要采用斯列普爐,生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了單種煤生產(chǎn)活性炭、配煤生產(chǎn)活性炭及催化活化生產(chǎn)活性炭3個(gè)階段【53】 。目前煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院，配煤生產(chǎn)活性炭及催化生產(chǎn)活性炭方面已經(jīng)完成了很多開(kāi)發(fā)性的研究工作【54】 。由于配煤技術(shù)、催化活化技術(shù)、原料煤處理技術(shù)及新型成型技術(shù)在中國(guó)活性炭廠的廣泛推廣應(yīng)用,使得中國(guó)活性炭產(chǎn)品正在向著質(zhì)量越來(lái)越好、品種越來(lái)越多的方向發(fā)展,以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外不同用戶(hù)的需求。同時(shí),由于中國(guó)活性炭出口多頭經(jīng)營(yíng)、競(jìng)相壓價(jià)造成活性炭?jī)r(jià)格偏低。但其制備和應(yīng)用領(lǐng)域還有許多要改進(jìn)和深入研究的問(wèn)題。第二部分 實(shí)驗(yàn)部分第一章 碳微硅粉復(fù)合吸附劑的制備及表征 【摘要】本章以蔗糖和微硅粉為原料，經(jīng)H2SO4碳化，超聲混合，氧化和真空中溫干燥等簡(jiǎn)單步驟，制備出碳負(fù)載微硅粉復(fù)合吸附劑。結(jié)合XPS，F(xiàn)TIR和熒光光譜對(duì)碳微硅粉的制備及吸附機(jī)理進(jìn)行了探討。長(zhǎng)期以來(lái)微硅粉在國(guó)內(nèi)外主要作為混凝土和耐火材料添加劑使用。 本文以嘉峪關(guān)市巨大冶煉有限公司提供的低含量微硅粉（SiO270%）和蔗糖為原料，經(jīng)硫酸碳化，超聲混合，氧化，真空干燥等工藝，制備出碳包覆微硅粉復(fù)合吸附劑。XPS和FTIR顯示，所制備復(fù)合吸附劑表面含有豐富的OH和COOH等含氧官能團(tuán)，：1，含氧基團(tuán)對(duì)該復(fù)合吸附劑的吸附性能具有重要的影響。并且該復(fù)合吸附劑以廢棄微硅粉為原料，充分利用了微硅粉資源，減少了其對(duì)環(huán)境的危害，并且為微硅粉資源的利用開(kāi)辟了一個(gè)新的途徑，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。VIS—7220G可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京瑞歷分析儀器公司）；THZ—92B氣浴恒溫震蕩箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司）；KQ3200DE型數(shù)控超聲波清洗儀（昆山市超聲儀器有限公司）；PHS—3D酸度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；DHG—9245A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；電熱恒溫真空干燥箱（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠）。超聲混合150℃干燥濃硫酸蔗糖適量蒸餾水15min真空220℃ 冷卻研磨碳微硅粉復(fù)合吸附劑6h 碳微硅粉復(fù)合吸附劑的制備流程 碳微硅粉復(fù)合吸附劑的表征所制備復(fù)合吸附劑及微硅粉的N2吸附等溫線采用Tristar3000比表面分析儀在77k進(jìn)行測(cè)定。亞甲基藍(lán)的熒光發(fā)射光譜由LS55熒光分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定2 結(jié)果與討論 優(yōu)化制備條件 為了評(píng)估所制備復(fù)合吸附劑的吸