【正文】 IR 和熒光光譜對該吸附劑的制備及吸附機理進行了探討，用 BET 方法和 BJH 模型考察了其表面積和孔結(jié)構(gòu)。對其制備條件進行了優(yōu)化， 用場發(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)對所制備吸附劑、進行了表征?？疾炝?各種影響因素對吸附性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶液 pH 和離子強度對吸附有很大的影響。 吸附動力學(xué)研究結(jié)果表明對 Cr(Ⅵ )的吸附符合二級動力學(xué)方程，并計 算了活化熱力學(xué)參數(shù) △ G、△ S*、△ H*、和△ E* ，吸附等溫線研究結(jié)果表明對 Cr(Ⅵ )的吸附屬于 S 型吸附等溫線，說明對Cr(Ⅵ )的吸附是一個多層物理吸附過程。 adsorption。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 I Abstract II 第一部分 緒論 1 2 影響活性炭吸附性能的主要因素 3 貴金屬回收 3 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 8 其他制備方法 9 活性炭處理含鉻廢水 9 活性炭處理含汞廢水 16 1 實驗內(nèi)容 18 表面化學(xué)特征分析 24 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)論文 VI 第二章 碳 微硅粉復(fù)合吸附劑 對亞甲基藍的吸附性能研究 28 亞甲基藍吸附 等溫線 34 1 實驗內(nèi)容 39 3 結(jié)論 39 參考文獻 60 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)論文 1 第一部分 緒論 前言 18世紀末，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)備簡單、占地面積小、操作容易、效果穩(wěn)定、投資少、回收鉻方法簡單、處理后廢水可循環(huán)使用、可再生使用等優(yōu)點而廣泛采用。實驗證明 ,活性炭對廢水的吸附凈化過程實際上是幾種吸附類型綜合作用的結(jié)果。 活性炭結(jié)構(gòu)中有大量肉眼看不見的微孔， 1克 活性炭材料中微孔，將其展開后表面積可高達 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)對活性炭吸附的影響。經(jīng)吸附試驗證實 【 2】 ,芳香族化合物比脂肪族化合物易被活性炭吸附對同族化合物 , 在適當?shù)姆肿恿績?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 在自來水廠，為除去水中細菌等，需在水中加入有效氯，但氯與水中有機物反應(yīng)可能生成氯化物和因氯氣而發(fā)生異味，所以在家庭自來水管出口處人們常使用活性碳凈水器，蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)論文 3 而現(xiàn)在這種凈水器已逐步被活性炭凈水器取代。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。活性炭對人體中外源性毒素的吸附十分有效，在血液過濾、內(nèi)服解毒及外傷包扎與治療方面都有蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)論文 4 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。 植物類原料 早期制備活性炭的原料主要是木質(zhì)原料，近年來制備活性炭謀求廉價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，回收利用可用來制造價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，在煤炭開采和浮選過程中，常伴隨大量低品質(zhì)成分，如劣質(zhì)煤、煤矸石等。 (2)石油類 石油原料是指石油煉制過程中含碳產(chǎn)品及廢料，如石油瀝青、石油焦、石油油渣等。但此類活性炭生產(chǎn)成本昂貴，僅限于藥、電子、氣體吸附儲存等領(lǐng)域。 塑料類原料 聚氯乙烯、聚丙烯、呋喃樹脂、酚醛樹脂、聚碳酸脂、聚四氯乙烯等，這些原料可用來制活性炭。將廢輪胎經(jīng)過炭化、活化處理，生產(chǎn)活性炭作為吸附劑使用已有該方面的報道， P． Ariyadejwanich等人 【 12】 將廢輪胎橡膠炭化在蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)論文 6 HCI中浸泡后用水蒸氣進行活化，制得的活性炭孔容積為 ／ g，比表面積為 1119m2／ g。當活化條件太苛刻時，會增加所制的活性炭的灰分；另一個問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。國內(nèi)學(xué)者對此也有研究，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 CCl CH6蒸氣、廢水中 Gr(vI)離子有良好的吸附性能。所研究過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，處理綜合廢水過程中產(chǎn)生的污泥。其工藝特點是：活化溫度高、時間長，能耗高，但該方法反應(yīng)條件溫和，對設(shè)備材質(zhì)要求不高，對環(huán)境無污染。 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)論文 7 (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，使活性炭表面積進一步擴大。與物理活化法相比，化學(xué)活化法的工藝特點是：操作大大簡化， 活化溫度降低，時間縮短，能耗降低，并且可通過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)在兩個方面： (1)促進熱解反應(yīng)過程，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)達的孔結(jié)構(gòu)。 KOH活化機理非常復(fù)雜，國內(nèi)外尚無定論，但普遍認為 KOH至少有兩個作用 【 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，它們在后處理中被洗去，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)合起來所采用的改性方法。 通過對改性過后的活性炭進行孔徑控制、表面化學(xué)性能修飾及負載金屬，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 將有機聚合物引入無機模板中很小空間 (納米級 )并使之炭化，去除模板后即可得到與無機物模板空間結(jié)構(gòu)相似的多孔炭材料。 Ozaki等 【 35】 將酚醛樹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，大量的電鍍廢水對人類環(huán)境造成越來越嚴重的危害。 活性炭是通過氫鍵吸附 Gr(Ⅵ )的，圓滿地解釋了活性炭的吸附及再生過程，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以下的廢水通過活性炭濾塔，排出水含汞量可下降到 ／ L～ mg／ L，回收汞后活性炭可再生并重復(fù)使用。據(jù)報道，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 ,吸附達到最大。結(jié)果表明 ,對于初始 Cd2+質(zhì)量濃度為 10mg/L的吸附溶液 ,最佳臭氧化時間為 15min,最佳吸附時間為 1h ,活性炭的最佳投加量為 ,吸附后鎘離子的質(zhì)量濃度為 。實驗結(jié)果表明 :氧化改性后樣品對鉛離子的吸附速率非常迅速 ,吸附平衡時間僅需要 5min。隨后用上述擴散系數(shù)理論預(yù)測了其他操作條件下的流出曲線 ,結(jié)果表明實驗曲線與理論預(yù)測曲線能很好地相符 ,動態(tài)法能可靠地獲取固液吸附過程的吸附及擴散系數(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)到原來的 100％ ，而活性炭纖維的吸附量可達原來的 【 48】 。結(jié)果表 明：活化溫度在 140℃ 、 pH=6． 5時復(fù)合吸附劑對土霉素最大吸附容量為 21． 78 mg／ g，明顯大于原土的 ／ g，討論并合理地解釋了影響吸附的因素，適宜條件下對吸附劑多次再生，最大吸附容量仍可達到 21 mg／ g以上。 除表 ,美國燃煤電廠控制汞排放用粉狀活性炭將是活性炭新的市場增長點 ,美國從 20xx年開始控制和削減燃煤電廠汞排放量的 70% ,成為世界上 第一個控制燃煤電廠汞排放的國家 ,在控制汞排放的方法中 ,活性炭吸附法是最經(jīng)濟有效的方法之一 ,預(yù)計美國市場該類活性炭的需求量將在 20xx年后達到 15萬 t/a。第三是韋斯特維科公司 ,年生產(chǎn)能力約 5萬 t,約占美國活性炭總產(chǎn)量 的 20%。西歐各國 20xx年從國外進口活性炭約 t,出口活性炭 t。反觀其市場需求 ,由于活性炭應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展 ,活性炭應(yīng)用也不斷深化 ,尤其是在汽車工業(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)達國家對活性炭的需求過去幾年里一直保持穩(wěn)步增產(chǎn)的趨勢 【 52】 。未來 10—20年 ,中國活性炭國內(nèi)市場需求將進一步加大 ,因此 ,對于活性炭行業(yè) ,本世紀前 20a是大有作為的重要戰(zhàn)略機遇期。 目前 ,中國產(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)在中國活性炭廠的廣泛推廣應(yīng)用 ,使得中國活性炭產(chǎn)品正在向著質(zhì)量越來越好、品種越來越多的方向發(fā)展 ,以滿足國內(nèi)外不同用戶的需求。同時 ,由于中國活性炭出口多頭經(jīng)營、競相壓價造成活性炭價格偏低