【正文】 氧官能團，：1，含氧基團對該復合吸附劑的吸附性能具有重要的影響。第二部分 實驗部分第一章 碳微硅粉復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單步驟，制備出碳負載微硅粉復合吸附劑。目前煤炭科學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】 。,。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到原來的100％ ，【48】。結果表明,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】。 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構相似的多孔炭材料。 物理化學聯(lián)合法物理化學聯(lián)合改性法是將物理活化及化學活化兩種方法結合起來所采用的改性方法。(3)生成新孔活化氣體與微晶結構中的邊角或有缺陷的部分具有活性的碳原子發(fā)生反應，形成眾多新的微孔，使活性炭表面積進一步擴大。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。(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。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。各種廢水發(fā)出的臭氣可用活性炭去除。② 吸附質(zhì)的性質(zhì)對活性炭吸附的影響。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果。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。研究了CMSP的N2等溫吸附線和脫附線，結合XPS，F(xiàn)TIR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構。 adsorption。目前，處理含鉻廢水主要采用生物法、離子交換法、化學還原法、化學沉淀法、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用低、效果好、操作方便，受到人們的重視。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物。 空氣凈化方面的應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揮發(fā)物組分等， 空氣中的臭氧對人體的危害性極大， 106g活性炭還可用來制備載體催化劑。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。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化成有用產(chǎn)品。常用氣體有水蒸氣和二氧化碳，由于CO2分子的尺寸比H2O大，導致CO2在顆粒中的擴散速度比水蒸氣慢，所以工業(yè)上多采用水蒸氣活化法。 KOH活化劑KOH活化法是20世紀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。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。研究表明，對于pH值為4～ mLCr(VI)濃度為100 mg幾的廢水，當活性炭用量為2g時，通過1h的振蕩吸附,出水Cr(VI) mg／L，達到了污水排放綜合標準(GB8978．1996)中Cr(V1)的最高允許排放濃度要求【37】。發(fā)現(xiàn)Langmuir 吸附等溫線比Freundlicb 更與實驗數(shù)據(jù)相吻合。本屬離子如, ’ 處理染料廢水紡織工業(yè)的發(fā)展帶動了染料生產(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入水體排出，10％在隨后的紡織染色過程中損失博。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%。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?；钚蕴烤哂形?、脫附速度快,可再生等優(yōu)點,在環(huán)保領域日益顯示出其主導地位,越來越受到人們的重視。對于低含量微硅粉因市場價格低廉，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，也造成嚴重了的環(huán)境粉塵污染。碳。C和O為復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,說明所制備復合吸附劑表面具有豐富的含氧官能團，這些含氧官能團對復合吸附劑的吸附性能具有重要的作用。在微硅粉的XRD譜圖中，?和36?區(qū)域分別出現(xiàn)對應于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。根據(jù)IUPAC對Ⅴ類吸附等溫線的劃分，復合吸附劑對氮氣的吸脫附等溫線屬H3型【63】，該型等溫線往往說明狹長裂口型孔狀結構的存在，這與掃描電鏡分析結果一致。 復合吸附劑對Cr（Ⅵ）的吸附機理3 結論（1） 通過對碳微硅粉復合吸附劑制備條件研究，得到了制備這種新型復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)。mol1， kJmol1， kJ并且對吸附亞甲基藍吸附的動力學與熱力學進行了探究，微硅粉復合吸附劑對亞甲基藍的吸附吸附平衡數(shù)據(jù)能較好的附和Langmuir吸附等溫方程，在301K下其熱力學函數(shù)，其G， S, kJ計算了其在301K下其熱力學函數(shù)，其G, S,并且亞甲基藍分子中的叔氨基N由于CH3的給電子效應而帶有部分微負電荷，可以與復合吸附劑表面的OH形成氫鍵，從而被吸附于復合吸附劑表面。碳微硅粉復合吸附劑對氮氣的脫附等溫線與吸附等溫線不重合，存在一個相對很大的滯留回環(huán)。(c)顯示在復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，屬于中孔結構。因此選擇H2SO4用量為9 mL。 原料及產(chǎn)物的成分及含量成分及含量/%MgOAl2O3K2OCaOFe2O3CSiO2微硅粉 實驗儀器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（美國Perkin Elmer公司）。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。從而使得中國活性炭產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭力,售價低。而居世界活性炭產(chǎn)量第二的美國年產(chǎn)活性炭為18萬t,消費卻超過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。,水處理是美國活性炭的主要應用領域,其中粉狀活性炭用量約占50% ,其余為顆?；钚蕴?，在氣相領域主要采用顆粒活性炭。結果發(fā)現(xiàn),孔擴散系數(shù)強烈地依賴于鉛離子入口濃度:隨著入口濃度的升高,孔擴散系數(shù)變小?；钚蕴繉奈皆趐H值降低時，去除率將有所提高。氧化一負離子化法處理活性炭，外加適當?shù)母邇r負離子，選擇適合的配體均能顯著提高低pH區(qū)內(nèi)活性炭對無機陽離子的吸附能力。 其他制備方法 催化活化法金屬及其化合物對碳的氣化具有催化作用，所用的金屬主要有堿金屬氧化物及鹽類、堿土金屬氧化物及鹽類、過渡金屬氧化物及稀土元素。這些作用都使活性炭孔隙更加發(fā)達、豐富，表現(xiàn)出較優(yōu)良的性能。(3)剩余污泥在利用生物處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥，制造活性炭方面也進行過不少研究。油中含有大量芳烴，芳構化程度較高，如果利用它制備活性炭也不失為一種好辦法。用椰樹皮纖維為原料，通過化學法可以得到一種活性炭，能有效除去工業(yè)廢水中的有毒廢金屬【4】。由于活性炭具有化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及輻射穩(wěn)定性，因而使用各種消毒方法進行消毒時，其不會發(fā)生任何變化。④ 竟爭吸附的影響溶液中存在多種混合溶質(zhì)時, 被吸附的各種溶質(zhì)有的能相互誘發(fā)吸附, 有的能相對獨立地被吸附, 有的則相互干擾, 產(chǎn)生竟爭吸附。另外，活性炭分子之間擁有相互吸引的作用力，當一個分子被活性炭內(nèi)孔捕捉進入到活性炭內(nèi)孔隙中后，由于分子之間相互吸引的原因，會導致更多的分子不斷被吸引，直到添滿活性炭內(nèi)孔隙為止。涉密論文按學校規(guī)定處理。 吸附動力學研究結果表明對Cr(Ⅵ)的吸附符合二級動力學方程，并計算了活化熱力學參數(shù)△G、△S*、△H*、和△E* ，吸附等溫線研究結果表明對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。動力學研究表明對亞甲基藍的吸附符合一級動力學方程，等溫線研究結果表明新型碳質(zhì)吸附劑對亞甲基藍的吸附屬于Langmuir吸附模型，計算了熱力學參數(shù)。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔?；钚蕴拷Y構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。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。氧化還原功能，是活性炭的基本特征之一。 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、風倒木、核桃殼、果核、棉殼、咖啡豆梗、油棕殼、甘蔗渣、糠醛渣等。但此類活性炭生產(chǎn)成本昂貴，僅限于藥、電子、氣體吸附儲存等領域。國內(nèi)學者對此也有研究，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(化學物理法)和2322m2／g(化學活化法)的粉狀活性炭，研究表明對CClCH6蒸氣、廢水中Gr(vI)離子有良好的吸附性能。與物理活化法相比，化學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構的活性炭，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。通過對改性過后的活性炭進行孔徑控制、表面化學性能修飾及負載金屬，可使活性炭的吸附性能大大提高。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。將含汞量在l mg／L～2 mg／L以下的廢水通過活性炭濾塔，／L～ mg／L，回收汞后活性炭可再生并重復使用。實驗結果表明: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。結果表明：活化溫度在140℃、pH=6．5時復合吸附劑對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，適宜條件下對吸附劑多次再生，最大吸附容量仍可達到21 mg／g以上。反觀其市場需求,由于活性炭應用領域的不斷擴展,活性炭應用也不斷深化,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】 。由于配煤技術、催化活化技術、原料煤處理技術及新型成型技術在中國活性炭廠的廣泛推廣應用,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。結合XPS，F(xiàn)TIR和熒光光譜對碳微硅粉的制備及吸附機理進行了探討。并且該復合吸附劑以廢棄微硅粉為原料，充分利用了微硅粉資源，減少了其對環(huán)境的危害，并且為微硅粉資源的利用開辟了一個新的途徑，具有良好的經(jīng)濟和環(huán)境效益。為盡可能地充分最利用微硅粉，選用了蔗糖：微硅粉=1：1為最佳微硅粉用量。這主要是因為微硅粉是由氣態(tài)急速冷凝沉淀而成，冷凝過程中水蒸汽極少，顆粒之間相互團聚很少，故球形和分散度均良好。根據(jù)IUPAC【63】提出的IUPAC吸附等溫線6種分類，可以看出微硅粉的氮氣吸附等溫線屬于IUPAC吸附等溫線中的類型Ⅳ，此類型說明有由中孔所引起的毛細凝結現(xiàn)象的存在。正電荷分布于整個共軛體系中央，在水溶液中形成一價有機“陽離子”。結果表明吸附時的pH，離子強度等因素對亞甲基藍吸附量具有很大的影響，隨著pH和離子強度的增大，亞甲基藍吸附量均明顯增大。目前對這類廢水大多采用化學氧化法，生化法或吸附法進行脫色處理[64]。 實驗儀器VIS—7220G可見分光光度計（北京瑞歷分析儀器公司）；THZ—92B氣浴恒溫震蕩箱（上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠）；PHS3D酸度計（上海精密科學儀器有限公司）。關鍵字：復合吸附劑，微硅粉，亞甲基藍，吸附有色廢水中含多種化工原料，其中以染料的污染最為嚴重（亞甲基藍染料即為其中一種），因為即使染料含量甚微，都能使廢水色澤很深。（3） 所制備吸附劑的XPS, XRD及FTIR譜圖顯示該復合吸附劑表面具有豐富的羥基，羧基等含氧官基團。 幾種吸附劑性能比較能劑附吸性比表面積(m2/g)孔容(m3/g)平均孔徑（n