【正文】 氧官能團(tuán)，：1，含氧基團(tuán)對該復(fù)合吸附劑的吸附性能具有重要的影響。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單步驟，制備出碳負(fù)載微硅粉復(fù)合吸附劑。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】 。,。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)到原來的100％ ，【48】。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(jī)聚合物引入無機(jī)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(jī)物模板空間結(jié)構(gòu)相似的多孔炭材料。 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。(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。當(dāng)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(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。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（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（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（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績?nèi)容。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)。 adsorption。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。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。 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(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。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。 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。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(dāng)活性炭用量為2g時，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】。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。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(jìn)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(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。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(fèi)，也造成嚴(yán)重了的環(huán)境粉塵污染。碳。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。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。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。 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)。mol1， kJmol1， kJ并且對吸附亞甲基藍(lán)吸附的動力學(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計算了其在301K下其熱力學(xué)函數(shù)，其G, S,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。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，存在一個相對很大的滯留回環(huán)。(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)。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(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（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(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。,水處理是美國活性炭的主要應(yīng)用領(lǐng)域,其中粉狀活性炭用量約占50% ,其余為顆?；钚蕴?，在氣相領(lǐng)域主要采用顆粒活性炭。結(jié)果發(fā)現(xiàn),孔擴(kuò)散系數(shù)強(qiáng)烈地依賴于鉛離子入口濃度:隨著入口濃度的升高,孔擴(kuò)散系數(shù)變小。活性炭對汞的吸附在pH值降低時，去除率將有所提高。氧化一負(fù)離子化法處理活性炭，外加適當(dāng)?shù)母邇r負(fù)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(jī)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(dá)、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(jìn)行過不少研究。油中含有大量芳烴，芳構(gòu)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(xué)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(xué)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(jìn)行消毒時，其不會發(fā)生任何變化。④ 竟?fàn)幬降挠绊懭芤褐写嬖诙喾N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(dú)立地被吸附, 有的則相互干擾, 產(chǎn)生竟?fàn)幬?。另外，活性炭分子之間擁有相互吸引的作用力，當(dāng)一個分子被活性炭內(nèi)孔捕捉進(jìn)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(dǎo)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(xué)校規(guī)定處理。 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。動力學(xué)研究表明對亞甲基藍(lán)的吸附符合一級動力學(xué)方程，等溫線研究結(jié)果表明新型碳質(zhì)吸附劑對亞甲基藍(lán)的吸附屬于Langmuir吸附模型，計算了熱力學(xué)參數(shù)。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。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(dá)800－1500平方米。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同族化合物, 在適當(dāng)?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(fēng)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(lǐng)域。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(xué)活化法的工藝特點(diǎn)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。通過對改性過后的活性炭進(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。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(fù)使用。實(shí)驗(yàn)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。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，／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(dá)到21 mg／g以上。反觀其市場需求,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(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。結(jié)合XPS，F(xiàn)TIR和熒光光譜對碳微硅粉的制備及吸附機(jī)理進(jìn)行了探討。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(jì)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?yàn)槲⒐璺凼怯蓺鈶B(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(tuán)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?dú)馕降葴鼐€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(xì)凝結(jié)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(jī)“陽離子”。結(jié)果表明吸附時的pH，離子強(qiáng)度等因素對亞甲基藍(lán)吸附量具有很大的影響，隨著pH和離子強(qiáng)度的增大，亞甲基藍(lán)吸附量均明顯增大。目前對這類廢水大多采用化學(xué)氧化法，生化法或吸附法進(jìn)行脫色處理[64]。 實(shí)驗(yàn)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(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；PHS3D酸度計（上海精密科學(xué)儀器有限公司）。關(guān)鍵字：復(fù)合吸附劑，微硅粉，亞甲基藍(lán)，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(yán)重（亞甲基藍(lán)染料即為其中一種），因?yàn)榧词谷玖虾可跷ⅲ寄苁箯U水色澤很深。（3） 所制備吸附劑的XPS, XRD及FTIR譜圖顯示該復(fù)合吸附劑表面具有豐富的羥基，羧基等含氧官基團(tuán)。 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