【正文】 為18萬t,消費(fèi)卻超過20萬t,可見中國活性炭行業(yè)在國內(nèi)也有較大的市場潛力。為了生產(chǎn)某些具有特殊吸附性能的高檔優(yōu)質(zhì)活性炭,在炭化、活化過程中加入催化劑,改變活化成孔機(jī)理,提高產(chǎn)品吸附性能。從而使得中國活性炭產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭力,售價(jià)低。加強(qiáng)對負(fù)載活性炭及其吸附機(jī)理的系統(tǒng)研究,使之成為一種選擇性好,吸附能力強(qiáng),應(yīng)用廣泛的新型吸附材料。我國微硅粉產(chǎn)量巨大，平均每生產(chǎn)3噸工業(yè)硅可回收1噸的微硅粉，每生產(chǎn)5噸硅鐵可回收1噸微硅粉。SEM和N2吸附等溫線顯示，微硅粉表面均勻包袱著碳顆粒層，其孔結(jié)構(gòu)主要以狹長裂口狀孔隙為主。 原料及產(chǎn)物的成分及含量成分及含量/%MgOAl2O3K2OCaOFe2O3CSiO2微硅粉 實(shí)驗(yàn)儀器Nexus 670型傅立葉變換紅外光譜儀（美國熱電尼高力儀器公司）；XRD6000型X射線衍射儀（日本島津）；JSM6701F冷場發(fā)射掃描電鏡（日本電子株式會社）Tristar 3000比表面分析儀（美國Micromeritics公司）；ESCALAB 210型X光電子能譜儀（英國VG公司）；LS55熒光分光光度計(jì)（美國Perkin Elmer公司）。復(fù)合吸附劑的形貌和形態(tài)采用SEM和XRD進(jìn)行表征。因此選擇H2SO4用量為9 mL。所以在碳微硅粉復(fù)合吸附劑中，含氧集團(tuán)主要已OH和COOH為主。(c)顯示在復(fù)合吸附劑表面存在豐富的狹長裂口狀孔隙，其兩壁間的平均距離約20nm，屬于中孔結(jié)構(gòu)。 N2吸附和脫附等溫線及其孔結(jié)構(gòu)采用Tristar3000比表面分析儀測定了原料微硅粉及所制備復(fù)合吸附劑在77K下的N2氣吸附等溫線。碳微硅粉復(fù)合吸附劑對氮?dú)獾拿摳降葴鼐€與吸附等溫線不重合，存在一個(gè)相對很大的滯留回環(huán)。 碳微硅粉的制備及吸附機(jī)理蔗糖分子在98% H2SO4的作用下，部分蔗糖分子因脫水而碳化形成碳顆粒，其表面依然聯(lián)有因碳化不完全而殘余的OH，在濃硫酸作用下其與SiO2表面的SiOH進(jìn)一步脫水，形成COSi鍵，從而在SiO2表面化學(xué)包覆一層碳顆粒，形成碳包覆微硅粉的核殼結(jié)構(gòu)，并且因不完全碳化，復(fù)合吸附劑表面含有豐富的OH。并且亞甲基藍(lán)分子中的叔氨基N由于CH3的給電子效應(yīng)而帶有部分微負(fù)電荷，可以與復(fù)合吸附劑表面的OH形成氫鍵，從而被吸附于復(fù)合吸附劑表面。（4） 制備復(fù)合吸附劑對Cr（Ⅵ）和亞甲基藍(lán)的吸附能力同微硅粉和市售常見碳類吸附劑進(jìn)行了比較顯示其對Cr（Ⅵ）%%，%,，%%，%，可作為活性炭的廉價(jià)替代品。計(jì)算了其在301K下其熱力學(xué)函數(shù)，其G, S,若直接排放這種廢水，不但污染水體，還要毒害水生動(dòng)物。并且對吸附亞甲基藍(lán)吸附的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)進(jìn)行了探究，微硅粉復(fù)合吸附劑對亞甲基藍(lán)的吸附吸附平衡數(shù)據(jù)能較好的附和Langmuir吸附等溫方程，在301K下其熱力學(xué)函數(shù)，其G， S, kJ 分析方法采用可見光分光光度法測定磷酸氫二鈉——磷酸二氫鉀緩沖溶液中亞甲基藍(lán)的濃度，以蒸餾水為參比，檢測波長665nm。mol1， kJ但對于分子量較小的水溶性染料，如酸性，活性等染料廢水，因其親水性能強(qiáng)而難以從廢水中直接分離。mol1， kJ考察了各種影響因素對亞甲基藍(lán)吸附量的影響。 復(fù)合吸附劑對Cr（Ⅵ）的吸附機(jī)理3 結(jié)論（1） 通過對碳微硅粉復(fù)合吸附劑制備條件研究，得到了制備這種新型復(fù)合吸附劑的最佳制備條件：蔗糖：微硅粉=1：1為最佳微硅粉用量，在5g蔗糖的條件下選擇9 mL 98% H2SO4用量為最優(yōu)。亞甲基藍(lán)整個(gè)分子呈對稱分布，中間為兩個(gè)苯環(huán)與一個(gè)N，S雜環(huán)共軛的大體系，兩邊的苯環(huán)各界一個(gè)二甲胺基。根據(jù)IUPAC對Ⅴ類吸附等溫線的劃分，復(fù)合吸附劑對氮?dú)獾奈摳降葴鼐€屬H3型【63】，該型等溫線往往說明狹長裂口型孔狀結(jié)構(gòu)的存在，這與掃描電鏡分析結(jié)果一致。其BET比表面積SBET為20m2/g ，其平均孔徑主要分布在30nm和70nm，說明微硅粉中主要以中大孔結(jié)構(gòu)為主。在微硅粉的XRD譜圖中，?和36?區(qū)域分別出現(xiàn)對應(yīng)于γFe2O3和αFe2O3的特征衍射峰[61]，說明原料微硅粉中的Fe2O3以γ Fe2O3和αFe2O3兩種形態(tài)存在。從原料微硅粉的掃描電鏡照片（（a））可以看出原料微硅粉為規(guī)則的球形，分散度良好，粒徑從30～300nm不等，分布范圍較廣，為一種廉價(jià)的微納粉體。C和O為復(fù)合吸附劑表面的主要元素，占到表面總原子數(shù)的85%以上，其中O::1,說明所制備復(fù)合吸附劑表面具有豐富的含氧官能團(tuán)，這些含氧官能團(tuán)對復(fù)合吸附劑的吸附性能具有重要的作用。復(fù)合吸附劑對亞甲基藍(lán)吸附量呈下降趨勢，在微硅粉用量小于5g時(shí)其吸附值下降趨勢較小，微硅粉用量大于5g時(shí)，亞甲基藍(lán)吸附量隨微硅粉用量的增大而迅速下降。碳。所制備吸附劑對染料和重金屬離子具有良好的吸附能力，可作為一種廉價(jià)的活性炭替代材料。對于低含量微硅粉因市場價(jià)格低廉，提純成本高，大都作為工業(yè)廢棄物丟棄，不僅造成了資源的浪費(fèi)，也造成嚴(yán)重了的環(huán)境粉塵污染。制備的復(fù)合吸附劑可作為活性炭類吸附劑的廉價(jià)替代品?；钚蕴烤哂形?、脫附速度快,可再生等優(yōu)點(diǎn),在環(huán)保領(lǐng)域日益顯示出其主導(dǎo)地位,越來越受到人們的重視。采用新型成型技術(shù)可生產(chǎn)多種性能優(yōu)異的活性炭新產(chǎn)品【56】 。在保持活性炭產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的前提下,走出一條科技含量高、環(huán)境污染小、比較優(yōu)勢大、人力資源得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化之路。傳統(tǒng)的活性炭生產(chǎn)強(qiáng)國如美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家的活性炭生產(chǎn)逐步減少,這種態(tài)勢在近幾年表現(xiàn)得尤為明顯,中、低檔品種很少甚至基本不生產(chǎn)。第二大公司是諾瑞特(Norit)美洲公司,年生產(chǎn)能力約6萬t,約占美國活性炭總產(chǎn)量的30%。崔振水【51】研究了一定條件下低品位鈣基膨潤土／活性炭復(fù)合吸附劑對土霉素廢水的吸附作用。本屬離子如, ’ 處理染料廢水紡織工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了染料生產(chǎn)的發(fā)展，調(diào)查表明，全世界每年生產(chǎn)的染料超過700000 t，其中2％ 以廢水的形式直接進(jìn)入水體排出，10％在隨后的紡織染色過程中損失博。周勤【43】為了提高活性炭纖維(ACF)對水體中重金屬鉛離子的吸附性能,采用濃HNO3 對ACF 進(jìn)行氧化改性,并采用靜態(tài)吸附法,考察了不同實(shí)驗(yàn)條件對樣品附鉛離子的影響。發(fā)現(xiàn)Langmuir 吸附等溫線比Freundlicb 更與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。廢水含汞濃度高時(shí)，可先進(jìn)行一級處理， 降低廢水中的汞濃度后再用活性炭吸附。研究表明，對于pH值為4～ mLCr(VI)濃度為100 mg幾的廢水，當(dāng)活性炭用量為2g時(shí)，通過1h的振蕩吸附,出水Cr(VI) mg／L，達(dá)到了污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)(GB8978．1996)中Cr(V1)的最高允許排放濃度要求【37】。 聚合物炭化法由兩種或兩種以上聚合物以物理或化學(xué)方法混合而成的聚合物如果有相分離的結(jié)構(gòu)，熱處理時(shí)不穩(wěn)定的聚合物將分解并在穩(wěn)定的聚合物中留下孔洞。用催化活化制得的活性炭中會殘留部分金屬元素，用于液相吸附、催化劑載體和醫(yī)用材料是不良因素。Molina—Sabio等用H3PO4和cO2混合活化木質(zhì)纖維素活性炭，即先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68％一85％ 的H3PO4在85℃下浸泡木質(zhì)纖維素2 h，然后將浸泡樣在450℃下炭化4h，再將H3PO4活化樣用蒸餾水清洗后，用二氧化碳在825℃下部分氣化，結(jié)果獲得了比表面積達(dá)3700m2／g、總孔容達(dá)2ml／g的超級活性炭。 KOH活化劑KOH活化法是20世紀(jì)70年代開始研究而發(fā)展起來的一種新型活化方法，其制備的活性炭比表面積較高，微孔分布均勻，吸附性能優(yōu)異，是目前全世界制備高性能活性炭或超級活性炭的主要方法。 典型的化學(xué)活化法中的活化劑活化劑活化溫度/℃可能活化作用活化特點(diǎn)ZnC12600～700脫水作用，促進(jìn)熱解收率高，微孔，中孔發(fā)達(dá)H3PO4400～600脫水作用，催化熱解較ZnC12，孔徑小，中孔發(fā)達(dá)KOH800～900浸蝕作用，強(qiáng)反應(yīng)性比表面積達(dá)，微孔大，反應(yīng)快，以KOH制得的超級活性炭性能最為優(yōu)異【19】。常用氣體有水蒸氣和二氧化碳，由于CO2分子的尺寸比H2O大，導(dǎo)致CO2在顆粒中的擴(kuò)散速度比水蒸氣慢，所以工業(yè)上多采用水蒸氣活化法。國外對除塵灰的回收利用非常重視，回收其中的碳作為橡膠補(bǔ)強(qiáng)填料、墨水、油漆和炭黑，或制成活性炭用于水處理、空氣凈化【13】。人們曾經(jīng)采取一些措施減少廢輪胎的數(shù)量，但從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的角度出發(fā)，最好的辦法是將這些廢輪胎回收利用轉(zhuǎn)化成有用產(chǎn)品。國內(nèi)學(xué)者也作了類似的研究，吳明鉑人【7】，用大慶石油焦為原料以NaOH為活化劑制高性能活性炭；宋燕等人【8】利用盤錦石油焦以K2O為活化劑，制備比表面積為3730m2／g的高比表積活性炭。我國有豐富的煤炭資源，成為煤質(zhì)活性炭的生產(chǎn)大國，常用的是無煙煤和不黏煤、弱黏煤，生產(chǎn)的活性炭品質(zhì)不高，品種單一，因此以煤為主要原料用常規(guī)生產(chǎn)方法得到高比表面積、高吸附量的活性炭成為具有很大意義的課題。所有制造活性炭的原料均為含碳物質(zhì)，可分為以下幾大類?；钚蕴窟€可用來制備載體催化劑。 貴金屬回收活性炭對無機(jī)廢水中的金屬離子也有較好的吸附效果， 可吸附金、銀、鉑、汞、鎘等許多重金屬離子，并將其還原回收處理。 空氣凈化方面的應(yīng)用空氣中主要污染源是二氧化硫和氮的氧化物及硫化氫和有機(jī)揮發(fā)物組分等， 空氣中的臭氧對人體的危害性極大， 106g因此, 活性炭難以去除水中的大分子有機(jī)物如腐殖酸。一般用椰殼制取的活性炭比表面積大, 但大孔少, 適用于吸附低分子的有機(jī)物, 而煤質(zhì)活性炭具有較多的過渡孔和較大的平均孔徑，能較有效去除水中分子量較大的有機(jī)物。杜比寧(Dubinln)分類中大孔的內(nèi)表面能發(fā)生多層吸附，但在活性炭中，由于它的比例很少，所以大部分只起著作為被吸附質(zhì)分子進(jìn)入吸附部位的通路作用但它作為支配吸附速度的因素．在實(shí)際應(yīng)用中也是很重要的過渡孔的作用不是單純的，在許多情況下和大孔作用相同，作為被吸附質(zhì)的通路而支配著吸附速度．并且對不能進(jìn)人微孔的大分子也起著吸附部位的作用活性炭的吸附作用大部分是由微孔進(jìn)行的，吸附量受微孔的支配微孔的生成，對應(yīng)于微量的重量損失就能形成非常太的比表面積。目前，處理含鉻廢水主要采用生物法、離子交換法、化學(xué)還原法、化學(xué)沉淀法、光催化法、電解法和吸附法等,其中活性炭吸附法處理廢水費(fèi)用低、效果好、操作方便，受到人們的重視。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 adsorption。考察了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(qiáng)度對吸附有很大的影響。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)。制備的新型的碳硅復(fù)合吸附劑具有優(yōu)異的吸附性能，并且制備工藝簡單，可作為活性炭類吸附劑的廉價(jià)替代品，具有廣泛的應(yīng)用前景。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 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)校可以采用影印、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)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。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 活性炭的原料來源 4 植物類原料 4 礦物類原料 4 塑料類原料 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 國內(nèi)外活性炭應(yīng)用發(fā)展趨勢 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值對吸附影響 27 離子強(qiáng)度對亞甲基藍(lán)吸附的影響 28 初始濃度對亞甲基藍(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Cr(Ⅵ)吸附影響 35 離子強(qiáng)度對Cr(Ⅵ)吸附的影響 36 吸附時(shí)間對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年在英國精制糖廠首次獲得工業(yè)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明,活性炭對廢水的吸附凈化過程實(shí)際上是幾種吸附類型綜合作用的結(jié)果。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