國內(nèi)外活性炭制備畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 費等問題。特別是在化學(xué)法生產(chǎn)活性炭技術(shù)上,與日美等國有較大差距。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。而我國的氯化鋅消耗平均為每噸活性炭300 kg,鹽酸消耗為每噸活性炭500 kg。美國磷酸法生產(chǎn)活性炭酸消耗在20%以下,我國平均在35%。這不僅造成生產(chǎn)成本的上升,最主要還給環(huán)境帶來了較大的公害。國內(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,加強新技術(shù)開發(fā),促進整個活性炭行業(yè)的良好發(fā)展。21世紀中國的活性炭行業(yè)仍然具有廣闊的發(fā)展前景。活性炭在環(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,人們已將活性炭與儲氣、膜分離、化工分離、分析傳感器和生物機體聯(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。活性炭的研制應(yīng)著眼于應(yīng)用領(lǐng)域的擴大,所以有針對性地研制具有特殊吸附性能的活性炭成為重要的研究方向之一。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。利用特殊的廢棄物制備活性炭以發(fā)現(xiàn)特殊的吸附機能、尋找廉價黏接劑等也是重要的研究方向。在能源危機的大背景下，常規(guī)活性炭原料木材、煤炭等已逐漸退出歷史舞臺，取而代之的是具有價格低廉、資源豐富、安全可再生等特性的生物質(zhì)材料。以生物質(zhì)資源為原料來制備活性炭，一方面在很大程度上降低了活性炭的成本；另一方面也使農(nóng)作物殘體得到了資源化利用，同時避免了無組織焚燒帶來的環(huán)境問題。我國北方地區(qū)盛產(chǎn)山核桃，因此山核桃殼資源也是比較豐富。本文利用核桃殼制備生物質(zhì)活性炭。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，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，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。本文的研究內(nèi)容如下： （1）以山核桃殼作為原料，磷酸活化法制備混合基活性炭，采用單因素實驗方法得到制備活性炭的最佳實驗條件； （2）利用碘吸附值法與亞甲基藍吸附值法對制備出的活性炭進行表征； （3）考查核桃殼生物質(zhì)活性炭對甲基橙的吸附性能； （4）最后，通過實驗探討混合基生物質(zhì)活性炭的實際應(yīng)用性。 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。2 實驗部分本研究所用通用試劑及儀器見表21，表22。表21儀器型號及生產(chǎn)廠家實驗儀器型號生產(chǎn)廠家電阻爐溫度控制箱DRZ4上海實驗電爐廠電熱鼓風(fēng)干燥箱1011ASD北京科偉永興儀表公司分析天平TP2000北京科偉永興儀表公司馬弗爐SX21013上海雷韻實驗儀器公司紫外分光光度計UV6100pcs北京科偉永興儀表公司表22實驗試劑規(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 該實驗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。稱取10g核桃殼碎片5份分別放入5個坩堝中，用移液管分別移取4 molL1的磷酸溶液15ml加入到坩堝中攪拌，使核桃殼完全侵潤，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.稱取10g核桃殼碎片5份分別放入5個坩堝中，用移液管分別移取2 molL3 molL4 molL5 molL6 molL1的磷酸溶液15ml加入到坩堝中攪拌，使核桃殼完全浸潤，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下活化60min后冷卻，密封保存待用.稱取10g核桃殼碎片5份分別放入5個坩堝中，用移液管分別移取4 molL1的磷酸溶液15ml加入到坩堝中攪拌，使核桃殼完全侵潤，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. 根據(jù)我國木質(zhì)凈水用活性炭技術(shù)指標GB/T 138041999（見表23）可知，該實驗制備的生物質(zhì)活性炭的等級；表23 我國木質(zhì)凈水用活性炭技術(shù)指標GB/T 138041999指標優(yōu)級品一級品二級品碘吸附值mg/g≥1000≥900≥800亞甲基藍吸附值mg/g≥120≥105≥90. 碘吸附值的測定，放入干燥的100mL碘量瓶中，準確加入（1+9），使試樣濕潤，放在電爐上 ，加熱至微沸（30+2s），冷卻至室溫后， molL1碘標準溶液，塞好瓶塞，在振蕩器里震蕩15min，迅速過濾到干燥燒杯中，用移液管移取10ml濾液，放入250ml容量瓶中，加入100ml水， molL1硫代硫酸鈉溶液進行滴定，在溶液呈淡黃色時，加2ml淀粉指示液，溶液會變藍，繼續(xù)滴定至無色，記錄下使用的硫代硫酸鈉的體積。 (精確至1mg),置于干燥的250ml燒杯中，用滴定管加入適量的亞甲基藍溶液，待活性炭試樣全部潤濕，并搖蕩幾下觀察溶液的顏色變化。若溶液的顏色很快退去，可再適量添加一些亞甲基藍試液，直至搖蕩之后溶液中仍有少許藍色為止。將上述溶液至于電動震蕩機上震蕩20min，用濾紙過濾，將濾液置于比色皿中，用紫外分光光度計在波長為665nm下測定吸光度，與硫酸銅標準色液()的吸光度對照。計算出每克活性炭吸附的亞甲基藍的質(zhì)量(mg)，及亞甲基藍吸附值（B，mL）也可轉(zhuǎn)化成以mgg1為單位.3 結(jié)果與討論 目前，磷酸活化法已成為制備脫色用活性炭的主要方法。磷酸活性炭不僅具有發(fā)達的孔隙結(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。其主要來源除常見的羧基、羥基、羰基及酯基等含氧基團外，還包括酸性強弱與羧基相當(dāng)?shù)暮坠倌軋F。，炭化后1000~1250cm1之間有吸收峰,由文獻可知，此處的吸收峰是含磷官能團產(chǎn)生的；1500~1600cm1與芳環(huán)中C=C的伸縮振動有關(guān)；1800cm1是C=O的振動產(chǎn)生[52]；28003000cm1為脂肪族中CH的伸縮振動產(chǎn)生；3250~3450cm1為磷酸中OH的伸縮振動產(chǎn)生[53]。 核桃殼活性炭傅里葉變換紅外光譜，隨溫度的變化趨勢大致相同，二者均隨著溫度的升高而逐步上升，在400℃達到最大值，然后隨著溫度的升高而降低。原因可能在于活化溫度升高時，纖維素分子間的羥基、羧基的脫水作用增強，利于孔隙的形成，進而利于對碘和亞甲基藍的吸附，而當(dāng)溫度高于400℃以后，炭的燒失會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吸附值的降低。故選 400℃作為實驗的活化溫度。，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)磷酸濃度達到 5 molL1 后，再增加磷酸的濃度，碘吸附值有所降低且亞甲基蘭吸附值也不再增加。在實驗所用磷酸濃度范圍內(nèi)，活性炭產(chǎn)率也沒有明顯的變化。磷酸浸漬過程的作用分為解聚、脫水、溶脹及促使形成新的聚合體結(jié)構(gòu)。并且，磷酸在高溫下可以發(fā)生下列反應(yīng)：H3PO4→ H4P2O7→ Hn+2PnO3n+1H4P2O7→ HPO3→(HPO3)n4H3PO3→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。磷酸在活化過程中的造孔作用主要是兩方面：一是磷酸在生物質(zhì)炭前驅(qū)體中的分散占據(jù)了一定位置，并通過活化后洗出磷酸在活性炭中留下了孔隙；二是由于磷酸的催化降解作用，促使生物質(zhì)炭前驅(qū)體的小分子化，然后在熱的作用下形成氣體逸出物料體系，從而在炭中留下孔隙。與此同時磷酸可以促使 H、O 以水分子 H2O 形式從生物質(zhì)中脫除，促進解聚反應(yīng)，進而留下了孔隙。由圖 ，活化時間從 30 min 增加到60 min 時，活性炭的亞甲基藍吸