【正文】 濟(jì)利潤(rùn) ,如利用活 性炭和氫氧化鋁、氫氧化鐵混合物共同沉淀可以從海水中分離鈾。活性炭晶型中有無定形炭和石墨炭 ,具有不飽和鍵 ,因而具有類似于結(jié)晶缺陷的表現(xiàn)。例如 ,活性炭在煙道氣脫硫、硫化氫的氧化、光氣的合成、氯化硫酰的合成、酯的水解 ,以及在工業(yè)上氯化二氰的合成 ,電池中氧的去極化作用 ,臭氧的分解等方面都有著廣泛的應(yīng)用?；钚蕴孔鳛楣獯呋瘎┹d體降解有機(jī)廢氣將是今后發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。日本選用球狀活性炭試制的吸附材料 AST120 口服活性炭 (直徑 0. 2~0. 3mm)給有肝臟和腎臟障礙的實(shí)驗(yàn)犬服用 ,服用后延長(zhǎng)了壽命。在中國(guó)香港 ,活性炭已成為中毒患者急診 治療的首選。 （ 2）血液凈化用活性炭 血液凈化是活性炭作為吸附劑之一在醫(yī)學(xué)上的典型應(yīng)用 ,但吸附選擇性低。血液灌流用球狀活性炭已通過臨床實(shí)驗(yàn) ,這種球狀活性炭吸附了引起腎臟障礙的物質(zhì)并將他們從體內(nèi)排除 ,從而減少了體內(nèi)毒物的累 積速度?，F(xiàn)列舉其中的一部分 :（ 1） 比表面積大的活性炭通過表面處理 ,用于電池電極材料 ,可獲得與鋰離子電池具有相同大容量的蓄電能力。 （ 2） 在農(nóng)業(yè)方面 ,活性炭可制成土壤改良劑 ,促進(jìn)植物幼苗的生長(zhǎng) ,用于包炭種子可改善種子性能 ,用于花卉保鮮劑 ,雜草抑制劑 ,家禽飼料添加劑等。（ 4） 在高真空技術(shù)中用來吸附痕量殘余氣體 ?；钚蕴拷?jīng)過一段時(shí)間的吸附后 ,由 于雜質(zhì)堵塞了活性炭的孔隙致使吸附能力逐漸下降以至完全喪失 ,最終成為“飽和炭”。然而 ,由于活性炭的非選擇性吸附使得吸附和沉積在其表面上的雜質(zhì)成分多種多樣 ,帶來再生技術(shù)上的困難。目前國(guó)內(nèi)外 采用的再生方法有 :藥劑再生法 [46]、微波再生法 [47]、生物再生法 [4850]以及催化再生法 [51]等。但是我國(guó)活性炭行業(yè)在制造技術(shù)上不如歐美國(guó)家 ,國(guó)外在活性炭制造方面已達(dá)到了規(guī)模化、自動(dòng)化、低消耗、無污染、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的先進(jìn)水平 ,而我國(guó)仍然存在生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、資源浪費(fèi)等問題。日本氯化鋅法活性炭生產(chǎn)技術(shù)采用回轉(zhuǎn)爐兩段法 ,其氯化鋅消耗幾乎為零 ,且不用鹽酸回收鋅。美國(guó)磷酸法生產(chǎn)活性炭酸消耗在 20%以下 ,我國(guó)平均在 35%。國(guó)內(nèi)的活性炭工業(yè)必須注重研究活性炭的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì) ,加強(qiáng)新技術(shù)開發(fā) ,促進(jìn)整個(gè)活性炭行業(yè)的良好發(fā)展?；钚蕴吭诃h(huán)保、食物提純和催化劑 等方面繼續(xù)發(fā)揮重要作用的同時(shí) ,人們已將活性炭與儲(chǔ)氣、膜分離、化工分離、分析傳感器和生物機(jī)體聯(lián)系起來 ,這些研究領(lǐng)域的開發(fā)為活性炭產(chǎn)品提供了新的生命力 ,也為活性炭的研制提出了新的要求。在活性炭應(yīng)用方面 ,根據(jù)吸附質(zhì)的特征采用合適的活性炭及低成本制備方法是很有意義的課題。 論文研究背景及意義 在能源危機(jī)的大背景下，常規(guī)活性炭原 料木材、煤炭等已逐漸退出歷史舞臺(tái)，取而代之的是具有價(jià)格低廉、資源豐富、安全可再生等特性的生物質(zhì)材料。我國(guó)北方地區(qū)盛產(chǎn)山核桃，因此山核桃殼資源也是比較豐富。另外，在上述制備活性炭的方法中，化學(xué)活化法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其中磷酸活化法作為一種常用的活化方法，因其所需活化溫度低，所以能耗少 [43]，并且具有剩余磷酸易回收，活性炭產(chǎn)品產(chǎn)率高的特 點(diǎn)，因此，本文即采用磷酸活化法來制備山核桃殼生物質(zhì)活性炭。 綜上，本文預(yù)期制備出低能耗、低灰分、高表觀密度、高比表面積和高吸附性能的環(huán)境友好型混合基活性炭。 表 21 儀器型號(hào)及生產(chǎn)廠家 實(shí)驗(yàn)儀器 型號(hào) 生產(chǎn)廠家 電阻爐溫度控制箱 DRZ4 上海實(shí)驗(yàn)電爐廠 電熱鼓風(fēng)干燥箱 1011ASD 北京科偉永興儀表公司 分析天平 TP20xx 北京科偉永興儀表公司 馬弗爐 SX21013 上海雷韻實(shí)驗(yàn)儀器公司 紫外分光光度計(jì) UV6100pcs 北京科偉永興儀表公司 表 22 實(shí)驗(yàn)試劑規(guī)格及生產(chǎn)廠家 85%磷酸 分析純 天津市化學(xué)試劑 三廠 濃硫酸 分析純 西隴化工股份有限公司 濃鹽酸 分析純 天津天力化學(xué)試劑公司 硫代硫酸鈉 分析純 西隴化工股份有限公司 碘 分析純 天津天力化學(xué)試劑公司 碘化鉀 分析純 天津天力化學(xué)試劑公司 重鉻酸鉀 分析純 天津天力化學(xué)試劑公司 淀粉 分析純 天津天力化學(xué)試劑公司 碳酸鈉 分析純 天津天力化學(xué)試劑公司 亞甲基藍(lán) 分析純 天津天力化學(xué)試劑公司 濃硫酸 分析純 西隴化工股份有限公司 材料 該實(shí)驗(yàn)制備活性炭的材料取自于陜南的山核桃殼，經(jīng)過水洗晾干之后，磨碎至 80~150 目，密 封保存待用。L1的磷酸溶液 15ml加入到坩堝中攪拌，使核桃殼完全侵潤(rùn)，蓋上坩堝蓋，常溫下活化 16h 后，將其轉(zhuǎn)移到電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在 120℃ 條件下干燥 8h后，轉(zhuǎn)至馬弗爐中，分別在 300℃ 、 350℃ 、 400℃ 、 450℃ 、 500℃ 下活化 60min 后冷卻，密封保存待用 . 第 10 頁 稱取 10g核桃殼碎片 5份分別放入 5個(gè)坩堝中，用移液管分別移取 2 molL 4 molL 6 molL1的磷酸溶液 15ml加入到坩堝中攪拌，使核桃殼完全侵潤(rùn)，蓋上坩堝蓋，常溫下活化 16h 后，將其轉(zhuǎn)移到電熱 鼓風(fēng)干燥箱中，在 120oC 條件下干燥 8h 后，轉(zhuǎn)至馬弗爐中，在 400oC 下分別活化 30 min、 45 min、 60min、 75 min、 90 min 后冷卻，密封保存待用 . 活性炭質(zhì)量表征方法 根據(jù)我國(guó)木質(zhì)凈水用活性炭技術(shù)指標(biāo) GB/T 138041999（見表 23） 可知，該實(shí)驗(yàn)制備的生物質(zhì)活性炭的等級(jí)； 表 23 我國(guó)木質(zhì)凈水用活性炭技術(shù)指標(biāo) GB/T 138041999 指標(biāo) 優(yōu)級(jí)品 一級(jí)品 二級(jí)品 碘吸附值 mg/g ≥1000 ≥900 ≥800 亞甲基藍(lán)吸附值 mg/g ≥120 ≥105 ≥90 . 碘吸附值的測(cè)定 稱取經(jīng)磨碎的核桃殼生物質(zhì)活性炭 ，放入干燥的 100mL 碘量瓶中，準(zhǔn)確加入（ 1+9）鹽酸 ，使試樣濕潤(rùn)，放在電爐上 ，加熱至微沸（ 30+2s），冷卻至室溫后，加入 molL1 硫代硫酸鈉溶液進(jìn)行滴定，在溶液呈淡黃色時(shí)，加 2ml 淀粉指示液，溶液會(huì)變藍(lán)，繼續(xù)滴定至無色，記錄下使用 的硫代硫酸鈉的體積。若溶液的顏色很快退去，可再適量添加一些亞甲基藍(lán)試液，直至搖蕩之后溶液中仍有少許藍(lán)色為止。度數(shù)差距不超過 時(shí)為止。） 也可轉(zhuǎn)化成以 mg磷酸活性炭不僅具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，而且由于所需的活化溫度低 (400~500℃ )，導(dǎo)致磷酸活性炭有高含量的表面官能團(tuán)。 由圖 可知，炭化后 1000~1250cm1 之間有吸收峰 ,由文獻(xiàn)可知，此處的吸收峰是含磷官能團(tuán)產(chǎn)生的； 1500~1600cm1 與芳環(huán)中 C=C 的伸縮振動(dòng)有關(guān)；1800cm1 是 C=O 的振動(dòng)產(chǎn)生 [52]； 28003000cm1 為脂肪族中 CH 的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生 ； 3250~3450cm1 為 磷酸 中 OH的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生 [53]。原因可能在于活化溫度升高時(shí)，纖維素分子間的羥基、羧基的脫水作用增強(qiáng)，利于孔隙的形成，進(jìn)而利于對(duì)碘和亞甲基藍(lán)的吸附，而當(dāng)溫度高于 400℃以后，炭的燒失會(huì)使所形成的微孔孔隙變大，從而導(dǎo)致碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值的降低。 活化劑濃度的影響 1 2 3 4 5 6 7450500550600650700750 碘吸附值 亞甲基藍(lán)吸附值濃度（mol/L）碘吸附值（mg/g)90100110120130140150亞甲基藍(lán)吸附值（mg/g) 圖 活化劑濃度對(duì)碘吸附值及亞甲基藍(lán)吸附值的影響 由圖 可得，隨著磷酸濃度的提高，活性炭產(chǎn)品的中孔和微孔數(shù)量也在增加，但當(dāng)磷酸濃度達(dá)到 5 mol 在實(shí)驗(yàn)所用磷酸濃度范圍內(nèi)，活性炭產(chǎn)率也沒有明顯的變化。并且，磷酸在高溫下可以發(fā)生下列反應(yīng)： H3PO4→ H4P2O7→ Hn+2PnO3n+1 H4P2O7→ HPO3→ (HPO3)n 4H3PO3→ 3H3PO4+ PH3 其中，磷酸自身在高溫下反應(yīng)生成的 H3PO3 是良好的阻燃劑，可以保持材料原有的結(jié)構(gòu) ,可以在一定程度上避免活性炭體的過度灼蝕。與此同時(shí)磷酸可以促使 H、 O 以水分子 H2O 形式從生物質(zhì)中脫除，促進(jìn)解聚反應(yīng)，進(jìn)而留下了孔隙。出現(xiàn)此現(xiàn)象的可能原因在于：隨著活化時(shí)間的延長(zhǎng)，原料不斷進(jìn)行活化， 60 min 時(shí)活化已經(jīng)基本完成。 本章小結(jié) 圖 活化時(shí)間對(duì)碘吸附值及亞甲基藍(lán)吸附值的影響 第 15 頁 根據(jù) 木質(zhì)凈水用活性炭技術(shù)指標(biāo) GB/T 138041999，如表 ，實(shí)驗(yàn)室制備的混合基生物質(zhì)活性炭碘值為 mgg1 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了優(yōu)級(jí)品的 120 mg 第 16 頁 4 核桃殼活性炭吸附甲基橙應(yīng)用 分析方法及實(shí)驗(yàn)原理 原理：甲基橙在酸性和堿性條件下具有染料化合物的主體結(jié)構(gòu)（偶氮式、醌式結(jié)構(gòu)） ,是一種常見的染料，活性炭因具有特定的表面化學(xué)性質(zhì)、復(fù)雜的孔隙結(jié) 構(gòu)和大的比表面積，因而對(duì) 甲基橙的吸附具有很好的作用。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 42） 其中： qe 為吸附量， mg/g； c0 (mg/L)—— 初始甲基橙濃度 ； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。通過進(jìn)行批量吸附實(shí)驗(yàn) ,精確稱取所用吸附劑用量 ,使其與吸附溶液充分接觸 ,攪拌處理 ,直到 吸附達(dá)到平衡 ,對(duì)所獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)釆用吸附等溫線方程進(jìn)行處理 ,得到主要參數(shù) ,從而判定吸附性能。 Langmuir 吸 附等溫線模型： Langmuir 吸附模型描述了非均相表面吸附過程 ,假定所有的吸附位點(diǎn)與被 吸附物的親和力相同 ,每個(gè)吸附位點(diǎn)的吸附反應(yīng)對(duì)彼此沒有影響。 qe—每克吸附劑上所吸附離子質(zhì)量 , mol 錯(cuò)誤 !未找到引用源。L1。 — 吸附劑半飽和時(shí) ,溶液濃度的倒數(shù) , L 影響核桃殼活性炭吸附的因素 溶液初始 pH 取 4 個(gè) 50mL 錐形瓶，分別加入 50 mgmin1 的速率震蕩，吸附 3h 后測(cè)其吸光度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線公式計(jì)算出吸附之后溶液中剩余的甲基橙的濃度，并作出梯度曲線算出去除率。 表 41 溶液初始 pH 值對(duì)吸附量的影響 pH 3 4 5 6 7 吸附率 /% 3 4 5 6 7707172737475767778吸附率%pH 圖 41 溶液初始 pH 值對(duì)吸附量的影響 由圖 41 可得， 初始 pH 從 3~4 時(shí)，吸附率逐漸升高，初始 pH≥ 4 時(shí) 吸附效果變化范圍不大，說明核桃殼活性炭吸附穩(wěn)定性強(qiáng) ,不易受環(huán)境體系影響。 L1的染料 50mL，再分別加入 、 、 、 g 最佳條件下制備的活性炭，在設(shè)定溫度為二十四攝氏度的恒溫磁力攪拌器上以震蕩，吸附 3h 后測(cè)其吸光度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線公式計(jì)算出吸附之后溶液中剩余的甲基橙的濃度，并作出梯度曲線算出 去除率； 通過改變吸附劑加入量 ,研究核桃殼活性炭對(duì)甲基橙吸附效果影響 ,結(jié)果如表 4圖 42所示。所以加入量為 為最佳。L1 的染料 50mL，在設(shè)定溫度為二十四攝氏度的恒溫磁力攪拌器上以 100rad并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線公式計(jì)算出吸附之后溶液中剩余的甲基橙的濃度，并作出梯度曲線算出去除率； 通過改變吸附時(shí)間 ,研究核桃殼活性炭對(duì)甲基橙吸附效果影響 ,結(jié)果見表4圖 43 所示。 吸附等溫線 取最佳條件下制備的活性炭 放入 50mL 錐形瓶中，分別加入 100 m