（市政工程專(zhuān)業(yè)論文）改性活性炭的制備及其吸附重金屬性能的研究.pdf

浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 改性活性炭的制備及其吸附重金屬性能的研究 摘要 重金屬離子是一種危害極大的污染物 為了提高活性炭對(duì)重金屬 離子的吸附性能 采用改性劑對(duì)活性炭進(jìn)行改性 提高其對(duì)重金屬離 子的吸附效果 本研究分別采用硝酸氧化 氫氧化鈉浸漬 氮?dú)獗Ｗo(hù)高溫還原等 方法對(duì)活性炭進(jìn)行改性處理 通過(guò)改性前后活性炭的比表面積的測(cè)定 掃描電鏡觀測(cè) 傅立葉變化紅外譜圖測(cè)定及b o e h m 官能團(tuán)滴定等方法 對(duì)改性前后活性炭進(jìn)行了表征分析 分析結(jié)果表明 活性炭表面存在 o h c o c o h 等官能團(tuán) 改性后的g a c 表面官能團(tuán)結(jié)構(gòu)和比表 面積發(fā)生了變化 且不同改性方法制備的活性炭 表面官能團(tuán)結(jié)構(gòu)和 比表面積變化不一樣 硝酸改性的活性炭比表面積從未改性的9 2 5 4 5 m 2 儋上升到9 6 0 5 2 m 2 g 酸性官能團(tuán) 羧基 酚羥基 數(shù)量從o 2 3m m o l g 上升到o 3 6m m o l g 還原改性的活性炭則在酸性官能團(tuán)數(shù)量和比表面 積上都有所下降 以z n 2 c d 2 廢水為處理對(duì)象 考察了幾種改性活性炭對(duì)其吸附的 性能及其影響因素 試驗(yàn)結(jié)果表明 吸附時(shí)間 p h 吸附劑用量等的 增大都會(huì)提升改性活性炭的吸附效果 根據(jù)改性活性炭吸附z n 2 c d 2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合吸附原理進(jìn)行數(shù)據(jù)分 析 研究了改性活性炭吸附重金屬離子的機(jī)理及動(dòng)力學(xué)規(guī)律 分析結(jié) 果表明 改性活性炭吸附z n 2 c d 2 等溫線(xiàn)擬合的情況 與l a n g m u i r 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 及f r e u n d l i c h 吸附模型的吻合性都較好 對(duì)改性活性炭吸附z n 2 動(dòng)力學(xué) 方程擬合的分析發(fā)現(xiàn) 吸附反應(yīng)的前3 0 m i n 較符合l a g e r g r e n 準(zhǔn)一級(jí)反 應(yīng) 3 0 m i n 以后較符合準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng) 改性活性炭吸附c d 2 反應(yīng)在前2 0 r a i n 屬于l a g e r g r e n 準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng) 吸附2 0 m i n 后的反應(yīng)屬于l a g e r g r e n 準(zhǔn)二級(jí)反 應(yīng) 關(guān)鍵詞 活性碳 改性 吸附 重金屬 動(dòng)力學(xué) 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 e x p e r i m e n t a ls t u d y o np r e p a r a t i o na n dh e a v ym e n t a l a d s o r p t i o nc a p a b i l i t yo fm o d i f i e dc a r b o n a b s t r a c t h e a v ym e t a li o ni sa s e v e r ep o l l u t a n t i no r d e rt oi m p r o v et h eh e a v y m e t a li o na d s o r p t i o nc a p a b i l i t yo fa c t i v a t e dc a r b o n t h ea c t i v a t e dc a r b o ni s m o d i f i e db ya p p l y i n gr e l e v a n tm o d i f i e r t h er e s e a r c h f i r s to fa l l e m p l o y sa p p r o a c h e so fn i t r i ca c i do x i d a t i o n s o d i u ms a l t h y d r a t ed i p p i n g a n dn i t r o g e np r o t e c t e dh i g ht e m p e r a t u r e r e d u c t i o nt om o d i f yt h ea c t i v a t e dc a r b o n b yc o m p a r i n gt h ep r e m o d i f i e d a n dp o s t m o d i f i e dp h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fa c t i v a t e dc a r b o ns u r f a c e t h r o u g hs p e c i f i cs u r f a c ea r e at e s t s e m s c a n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e i n s p e c t i o n f t i r b o e h mf u n c t i o n a lg r o u pt i t r a t i o na n de t c t h er e s u l t s r e v e a l st h a ts u c hf u n c t i o n a lg r o u p sa s 旬h c o a n d c o he x i s to nt h e s u r f a c e d i s t i n c tc h a n g e so c c u ro ns u r f a c ef u n c t i o n a lg r o u pa n ds p e c i f i c s u r f a c ea r e ao fm o d i f i e dg a c i nd e t a i l i nt h ep r o c e s so fn i t r i ca c i d o x i d a t i o n a n dq u a n t i t yo fa c i df u n c t i o n a lg r o u pi si n c r e a s i n gt o9 6 0 5 2 m 2 儋 f r o m9 2 5 4 5 m 2 ga n dt o0 3 6 m m o l gf r o m0 2 3 m m o l gr e s p e c t i v e l y i n c o n t r a s t d e o x i d a t em e t h o dd e c r e a s e st h eq u a n t i t yo fa c i df u n c t i o n a lg r o u p a n ds p e c i f i cs u r f a c ea r e a a d d i t i o n a l l y b ya n a l y z i n gt h ep o s s i b l ei n f l u e n c e so fm o d i f y i n g c o n d i t i o n a d s o r p t i o nt i m e p hv a l u e d o s a g eo fa d s o r b e n t so nw a s t e d 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 w a t e rc o n t a i n i n gz n 2 c d 2 t h er e s e a r c hs h o w st h ea d s o r p t i o ne f f e c tw i l lb e i m p r o v e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ea b o v em e n t i o n e de l e m e n t s w h a ti s w o r t hm e n t i o n i n gi st h a tt h ew h o l er e s e a r c hi sp r o c e s s i n gi nt h eo p t i m a l c o n d i t i o n u l t i m a t e l yt h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n dr e s e a r c ho nt h e o r ya n dk i n e t i c s o fh e a v ym e t a la d s o r p t i o nc a p a b i l i t yd e m o n s t r a t e st h a tt h em o d i f i e d a c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o ni s o t h e r mo fz n u h a st h eb i g hc o n s i s t e n c yw i t h l a n g m u i r f r e u n d l i c ha d s o r p t i o nm o d e f u r t h e r m o r e t h ea n a l y s i so f m o d i f i e da c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o nk i n e t i c so fz n 2 d i s c o v e r st h a tt h e f i r s t3 0m i n u t e so fa d s o r p t i o nr e a c t i o ni sm o r el i k e l yt os a t i s f yl a g e r g r e n k i n e t i cr a t ee q u a t i o ni n e v e r t h e l e s s3 0m i n u t e sa f t e r w a r di si n c l i n e dt o b ee q u a t i o ni i t h ef i r s t2 0m i n u t e so fc d 2 a d s o r p t i o nr e a c t i o no f m o d i f i e da c t i v a t e dc a r b o ni si na c c o r d a n c e 析ml a g e r g r e nk i n e t i cr a t e e q u a t i o ni h o w e v e r 2 0m i n u t e sa f t e r w a r dt e n d st ob ee q u a t i o n i i k e yw o r d s c a r b o n m o d i f y a d s o r p t i o n h e a v ym e n t a l a d s o r p t i o n d y n a m i c s 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究工 作所取得的研究成果 除文中已經(jīng)加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外 本論文不包含其他個(gè) 人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果 也不含為獲得浙江工業(yè)大學(xué)或其它教 育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書(shū)而使用過(guò)的材料 對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任 作者簽名 吼叫年嗍叼日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意學(xué)校保 留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)浙江工業(yè)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行 檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文 本學(xué)位論文屬于 作者簽名 導(dǎo)師簽名 1 保密口 在 年解密后適用本授權(quán)書(shū) 陟贏口 請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打 日期 日期 硼1 日 ip 具糾曰 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 第一章緒論 1 1 研究目的和意義 重金屬對(duì)水體的污染和毒害早已為人所知 其對(duì)人體的健康和動(dòng)植物的生長(zhǎng) 都有嚴(yán)重的危險(xiǎn) 重金屬?gòu)U水來(lái)源于電鍍 采礦 化工等行業(yè) 這些廢水的重金 屬離子的種類(lèi) 含量及其存在形態(tài)隨著不同的生產(chǎn)行業(yè)而存在差異 變化很大 舊 重金屬?gòu)U水具有易被生物富集通過(guò)食物鏈危害人類(lèi) 不能被生物降解 易產(chǎn)生毒 性反應(yīng) 且毒性具有長(zhǎng)期持續(xù)性等特點(diǎn) 3 1 重金屬?gòu)U水排入受納水體不僅污染環(huán)境 也浪費(fèi)了大量有價(jià)金屬 因此重金屬?gòu)U水的有效治理在國(guó)內(nèi)外引起廣泛重視 2 0 0 9 年8 月以來(lái) 相繼發(fā)生了陜西風(fēng)翔鉛污染 湖南瀏陽(yáng)鎘污染及山東臨沂砷污染事件 人民群眾健康受到影響 在社會(huì)上引起了強(qiáng)烈反響 黨中央 國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)同志高 度重視 連續(xù)做出一系列重要指示 為貫徹落實(shí)黨中央 國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)指示精神 切實(shí)加強(qiáng)重金屬污染企業(yè)的環(huán)境監(jiān)管 維護(hù)群眾環(huán)境權(quán)益 確保環(huán)境安全 促進(jìn) 社會(huì)和諧穩(wěn)定 國(guó)務(wù)院九部門(mén)決定于2 0 0 9 年1 0 月至1 2 月在全國(guó)集中開(kāi)展重金屬污 染企業(yè)專(zhuān)項(xiàng)檢查 4 活性炭 a c t i v a t e dc a r b o n 簡(jiǎn)稱(chēng)a c 是由含碳物質(zhì)制成的外觀黑色 內(nèi)部孔 隙發(fā)達(dá) 比表面積大 吸附能力強(qiáng)的一類(lèi)微晶質(zhì)碳 5 其性質(zhì)穩(wěn)定 耐酸堿 耐 h 熱 不溶于水或有機(jī)溶劑 是一種環(huán)境友好型吸附劑閘 活性炭作為一種具有高 比表面積 孔隙發(fā)達(dá)且表面化學(xué)性質(zhì)可作一定改性的高效吸附劑 被研究者們普 遍認(rèn)為極具除重金屬離子潛能可開(kāi)發(fā) 然而 由于活性炭成本較高 再生效率低 制約了活性炭的廣泛應(yīng)用 因此 提高活性炭吸附效率 降低成本已成為環(huán)保工作者研究的熱點(diǎn) 7 1 隨著新型改性 活性炭的研發(fā) 活性炭使用成本逐漸下降 優(yōu)越性越來(lái)越顯現(xiàn)出來(lái) 因此 改性 活性炭研究具有重要的理論意義和應(yīng)用前景 受到國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者普遍關(guān)注 本文將通過(guò)不同改性方法來(lái)制備改性活性炭 考察經(jīng)改性前后活性炭的結(jié)構(gòu) 變化及表面酸性基團(tuán)數(shù)量的改變 觀察在其表面結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)的改變對(duì)吸 附z n 2 c d 2 十重金屬離子的影響 從而掌握更有效的提高活性炭吸剛重金屬的方 法 研究各種改性活性炭吸附時(shí)間 溫度 活性炭投加量等因素對(duì)z n 2 c d 2 吸 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 附效果的影響 最后對(duì)改性活性炭吸附重金屬離子的機(jī)理進(jìn)行初步的探討研究 1 2 研究思路及內(nèi)容 了解活性炭對(duì)z n 2 c d 2 的吸附原理 并且通過(guò)改性增加改性表面含氧官能團(tuán) 研究其表面作用原理是本文的主要研究思路 基于此 本論文著重從以下幾個(gè)方 面進(jìn)行探索和研究 1 選取不同改性劑對(duì)活性炭進(jìn)行改性處理 分別用硝酸氧化 氫氧化鈉浸漬 氮?dú)獗Ｗo(hù)高溫還原等方法制備改性活性炭 考察改性前后活性炭表面官能 團(tuán)和比表面積的變化 以期獲得不同表面性質(zhì)及吸附性能的活性炭 2 利用低溫n 2 吸附法對(duì)改性處理所引起的孔隙結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行表征 用b e t 方 程計(jì)算比表面積 利用傅立葉紅外分析技術(shù) f t i r 和b e o h m 滴定 定性表 征改性處理活性炭表面官能團(tuán)的變化 利用掃描電子顯微鏡 s e m 技術(shù) 從 微觀上說(shuō)明改性處理前后活性炭表面形貌的變化 3 通過(guò)改性前后活性炭去除水 z n 2 c d 2 試驗(yàn) 研究改性方法 時(shí)間 吸附 質(zhì)投加量 p h 值等因素對(duì)吸附效果的影響 通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的最佳試驗(yàn)條件 4 運(yùn)用科學(xué)的數(shù)據(jù)處理方法 對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線(xiàn)進(jìn)行擬合 進(jìn)一步 對(duì)改性活性炭對(duì)z n 2 c d 2 的吸附機(jī)理進(jìn)行初步探討 2 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 第二章文獻(xiàn)綜述 2 1 重金屬?gòu)U水概述 隨著現(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展 三廢排放逐年增加 生態(tài)環(huán)境日益惡化 嚴(yán)重阻礙 了人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展 其中含重金屬離子廢水是一個(gè)突出的問(wèn)題 引 廢水中的 重金屬離子進(jìn)入環(huán)境后 參與食物鏈循環(huán)并在生物體內(nèi)積累與放大 破壞生物體 的正常生理代謝 9 進(jìn)入環(huán)境中的重金屬離子會(huì)同水體或土壤中的有機(jī)質(zhì)發(fā)生物理 或化學(xué)作用而被固定 富集 從而影響它們?cè)诃h(huán)境中的形態(tài) 遷移 轉(zhuǎn)化和毒性 1 0 1 因此 治理含重金屬離子廢水 甚至回收重金屬 即資源回收再利用 一直是環(huán) 境科學(xué)與工程的一個(gè)熱點(diǎn)課題 2 1 1 重金屬?gòu)U水的來(lái)源與危害 重金屬?gòu)U水來(lái)源于電鍍 制革 燃料 冶金 采礦 化工等行業(yè) 如礦山排 水 廢石場(chǎng)淋浸水 選礦廠尾礦排水 有色金屬冶煉廠除塵排水 有色金屬加工 廠酸洗水 電鍍廠鍍件洗滌水 鋼鐵廠酸洗排水 以及電解 農(nóng)藥 醫(yī)藥 油漆 顏料等工業(yè)的廢水 廢水中重金屬離子的種類(lèi) 含量及其存在形態(tài)隨不同生產(chǎn)種 類(lèi)而異 差異很大 l l 含重金屬離子的廢水如果未經(jīng)處理就排放到自然環(huán)境中 將嚴(yán)重地危害人類(lèi)和各類(lèi)生物賴(lài)以生存所需的水資源 重金屬酸洗廢水影響?hù)~(yú)類(lèi)和水生物的生長(zhǎng) 妨礙漁業(yè)生產(chǎn) 如果重金屬?gòu)U水 排入土壤中 植物體內(nèi)的重金屬逐步積累 將造成植物根部受抑制 葉片褪綠發(fā) 黃 植物生長(zhǎng)發(fā)育受阻甚至死亡 造成農(nóng)業(yè) 林業(yè)減產(chǎn) l z l 另外 動(dòng)植物的重金 屬污染不僅對(duì)其自身造成毒性 而且會(huì)通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體慢慢積累 鋅在生物體中是一種必需的微量元素 肝是鋅的儲(chǔ)存地 鋅與肝內(nèi)蛋白結(jié)合 成鋅硫蛋白 供給機(jī)體生理反應(yīng)時(shí)所需的鋅 成人每天攝a 8 0 m g k g 體重 的鋅 兒童每日必須攝入0 3 m g k g 體重 攝入量不足會(huì)造成發(fā)育不良 誤食可溶性鋅 鹽對(duì)消化道黏膜有腐蝕作用 過(guò)量的鋅會(huì)引起急性胃炎癥狀 如惡心 嘔吐 腹 痛 腹瀉 偶爾腹部絞痛 同時(shí)伴有頭暈 周身乏力 誤食氯化鋅會(huì)引起腹膜炎 導(dǎo)致休克而死亡 鋅及無(wú)機(jī)化合物隨飲水進(jìn)入人體的毒性作用很小 在鍍鋅的自 來(lái)水管中 水的含鋅濃度有時(shí)可高達(dá)2 0 3 0 p p m 但據(jù)b a r r o w 等人的報(bào)導(dǎo) 即使飲 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 用含鋅高j 太 2 4 p p m 的水 并未使人體健康受到損害 當(dāng)水中鋅的濃度高達(dá)3 0 4 0 p p m 時(shí)才能表現(xiàn)出毒性 能引起嘔吐 惡心 甚至于暈厥 硫酸鋅或氯化鋅接觸皮膚 粘膜時(shí)可產(chǎn)生疼痛 潰瘍 鼻中膈糜爛穿孔等 鎘可用于生產(chǎn)電池 塑料 顏料和試劑等 鎘的污染源主要有 有色金屬采 選和冶煉 鎘化合物工業(yè) 電池制造業(yè) 電鍍工業(yè) 還有鎘的廢舊產(chǎn)品也會(huì)造成 環(huán)境污染 如廢鎳鎘電池 鎘對(duì)環(huán)境的污染首先是對(duì)土壤和水體的污染 然后導(dǎo) 致谷物 蔬菜 牲畜和家禽的鎘污染 最后進(jìn)入人體 導(dǎo)致人體中毒 鎘最大的 毒害在于它會(huì)通過(guò)食物鏈而積累 富積 以致直接作用于人體而引起嚴(yán)重的疾病 或促使慢性病的發(fā)生 鎘中毒后 主要表現(xiàn)為腎機(jī)能障礙 骨質(zhì)疏松和軟化 使 人感到終日疼痛不止 1 3 1 2 1 2 重金屬?gòu)U水污染的特點(diǎn) 重金屬隨廢水排出時(shí) 即使?jié)舛群艿蜁r(shí) 也可能造成危害 1 4 1 重金屬?gòu)U水具 有如下特點(diǎn) 1 在天然水體中只要有微量重金屬 即可產(chǎn)生毒性反應(yīng) 且毒性具有長(zhǎng)期 持續(xù)性 重金屬產(chǎn)生毒性的范圍大約在1 0 1 0 m g l 之間 毒性較強(qiáng)的重金屬如汞 鎘等毒性濃度范圍在0 0 0 1 0 1 m g l 0 5 水中某些重金屬可在微生物作用下 轉(zhuǎn)化 為毒性更強(qiáng)的有機(jī)化合物 1 6 1 例如 無(wú)機(jī)汞在天然水體中可被微生物轉(zhuǎn)化為毒性 更強(qiáng)的甲基汞 2 生物可大量富集重金屬 通過(guò)食物鏈 危害人類(lèi) 1 7 1 生物從環(huán)境中攝取 重金屬 并經(jīng)體內(nèi)或某些器官中高度富集 其富集倍數(shù)可達(dá)成千上萬(wàn) 水生動(dòng)植 物 陸生農(nóng)作物都有這種現(xiàn)象 然后通過(guò)生物鏈進(jìn)入人體 在某些器官中積蓄起 來(lái)構(gòu)成慢性中毒 嚴(yán)重危害人體健康 3 重金屬不能被生物降解 只能改變其化合價(jià)和化合物種類(lèi) 1 8 1 天然水體 中o h c 1 s 0 4 玉 n i t 3 有機(jī)酸 氨基酸 腐植酸等 都可以同重金屬生成各 種絡(luò)合物或螯合物 使重金屬在水中的濃度增大 也可以使沉入水底的重金屬又 釋放出來(lái) 2 1 3 重金屬?gòu)U水的處理原理和方法 處理重金屬?gòu)U水的方法盡管多種多樣 但大體可歸納為物理法 化學(xué)法 物 理化學(xué)法 生物法和高效集成法等 1 9 其中最主要的方法是化學(xué)法和物理化學(xué)法 4 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 1 化學(xué)法 化學(xué)法主要有 化學(xué)沉淀法 氣浮法 電解法 生化法化學(xué) 2 0 沉淀法是目前使用較為普遍的方法 根據(jù)沉淀劑不同主要有以下方法 中和 沉淀法 硫化物沉淀 鐵氧體沉淀 鋇鹽沉淀 氧化還原法等 化學(xué)沉淀法將重 金離子轉(zhuǎn)化為沉淀 處理效果比較好 可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn) 但大量的沉淀污 泥不易處理 容易造成二次污染 且化學(xué)沉淀法具有占地面積大 處理量小 選 擇性差等缺點(diǎn) 氣浮法處理廢水時(shí) 須先將重金屬離子析出 再加入表面活性物質(zhì) 使重金 屬析出物疏水化 然后粘附于上升氣泡表面 上浮去除 按粘附方式不同將氣浮 法分為離子氣浮法 泡沫氣浮法 沉淀氣浮法 吸附膠體氣浮法等四類(lèi) 氣浮法 對(duì)處理稀的電鍍廢水具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn) 重金屬殘留低 操作速度快 占地少 廢水 處理量大 生成的渣泥體積小 其重金屬含量高 運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低 但出水鹽分和油脂 含量高 浮渣和凈化水回用問(wèn)題須進(jìn)一步解決 電解法是利用電極與重金屬離子發(fā)生電化學(xué)作用而消除其毒性的方法 按照 陽(yáng)極類(lèi)型不同 將電解法分為電解沉淀法和回收重金屬電解法兩類(lèi) 電解法設(shè)備 簡(jiǎn)單 占地小 操作管理方便 而且可以回收有價(jià)金屬 但電耗大 出水水質(zhì)差 廢水處理量小 2 1 之3 1 2 物理化學(xué)法 物理化學(xué)法主要有這幾種 離子交換法 吸附法f 2 4 離子交換法是重金屬離子與離子交換樹(shù)脂發(fā)生離子交換的過(guò)程 樹(shù)脂性能對(duì) 重金屬去除有較大影響 常用的離子交換樹(shù)脂有陰離子交換樹(shù)脂 陽(yáng)離子交換樹(shù) 脂 螯合樹(shù)脂和腐植酸樹(shù)脂等 周從章等采用自制的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換纖維對(duì)錫 鉛離子的去除進(jìn)行了初步研究 2 s 1 結(jié)果表明 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換纖維對(duì)錫 鉛離 子具有較好的吸附能力 其最大吸附容量分別為2 0 9 6 m g g 和1 0 5 5 m g g 吸附速度 快 2 0 m i n 即可達(dá)到平衡 已吸附在離子交換纖維上的重金屬離子可用h n 0 3 解吸 回收 離子交換法處理重金屬離子是較為理想的方法之一 具有處理量大 出水 水質(zhì)好 重金屬離子脫除率高 而且處理得當(dāng)可使再生液作為資源回收 不會(huì)對(duì) 環(huán)境造成二次污染 缺點(diǎn)是離子交換法的一次性投資比較大 易受污染或氧化失 效 且再生問(wèn)題也存在一定的困難 國(guó)內(nèi)外都在積極開(kāi)展再生液的資源化技術(shù)研 5 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 究 這也是離子交換技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 吸附法實(shí)質(zhì)上是吸附劑活性表面對(duì)重金屬離子的吸引 目前吸附法是去除重 金屬離子的研究熱點(diǎn) 吸附劑種類(lèi)很多 包括炭質(zhì)吸附劑 天然礦物 生物吸附 材料等i 2 6 炭質(zhì)吸附劑 活性炭是早期吸附分離過(guò)程中最常見(jiàn)的吸附劑 活性炭吸附作 用主要靠其表面發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu) 吸附過(guò)程基本上屬于物理吸附 2 7 隨著吸附分 離技術(shù)的發(fā)展 顆粒活性炭 粉狀活性炭 活性炭纖維 炭分子篩 含碳的納米 材料相繼問(wèn)世 活性炭纖維是新一代高活性吸附材料和環(huán)保功能材料 可使吸附 裝置小型化 吸附層薄層化 吸附漏損小 效率高 可以完成顆?；钚蕴繜o(wú)法實(shí) 現(xiàn)的工作 因而是理想的活性炭更新?lián)Q代產(chǎn)品 2 8 缺點(diǎn)是價(jià)格相對(duì)過(guò)高 不過(guò)隨 著生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步 需求量增大 生產(chǎn)成本下降 活性炭纖維的性?xún)r(jià)比不斷提高 因而在吸附分離工程技術(shù)和環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛 天然礦物 日本利用天然沸石資源制備重金屬離子吸附劑 美國(guó)利用廢粘土 制備重金屬離子吸附劑并獲得專(zhuān)利 2 9 1 我國(guó)利用豐富的硅藻土資源研究出處理 c u z d 效果較好的吸附劑 粉煤灰 高嶺土及蛇紋石等礦物材料 3 0 j 也有吸附重 金屬的能力 自然資源制備吸附劑 原料來(lái)源廣 制造容易 價(jià)廉 但吸附劑使 用壽命短 重金屬吸附飽和后再生困難 難以回收重金屬資源 生物吸附材料 近年來(lái) 環(huán)境工程界越來(lái)越重視廉價(jià)高效替代技術(shù)的研究及 其在實(shí)際工程上的應(yīng)用 生物材料以其低成本 處理效果好等優(yōu)點(diǎn)受到人們的青 睞 生物吸附材料主要有微生物 生物 動(dòng)物 3 1 1 吳涓等研究了黃孢原毛平革菌 吸附p b 2 的機(jī)理 v o l e s k v 采用褐藻吸附劑來(lái)進(jìn)行固定床吸附處理c d 2 存在于甲 殼動(dòng)物外殼和真菌細(xì)胞壁中的幾丁質(zhì)是海產(chǎn)品加工的廢棄物 來(lái)源廣泛 價(jià)格低 廉 它具有較強(qiáng)的重金屬吸附能力 溶劑萃取法是利用重金屬離子在有機(jī)相和水中溶解度不同 使重金屬濃縮于 有機(jī)相的分離方法 萃取法處理廢水設(shè)備簡(jiǎn)單 操作簡(jiǎn)便 萃取劑中重金屬離子 含量高 有利于進(jìn)一步回收利用 但萃取劑價(jià)格昂貴 液膜由有機(jī)溶劑 表面活性劑 流動(dòng)載體和內(nèi)水相組成 是一種很薄的液體 膜 液體膜 3 2 分散于重金屬?gòu)U水時(shí) 通過(guò)流動(dòng)載體的不斷的絡(luò)合和解絡(luò) 重金屬 離子進(jìn)入膜內(nèi)相得到富集 廢水得到凈化 液膜過(guò)程是一種非平衡傳質(zhì)過(guò)程 富 集的膜內(nèi)相液膜破乳后可回收利用重金屬 液膜法具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單 分離快 6 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 選擇性高 耗能少 乳液可再生 重金屬資源可回收的優(yōu)點(diǎn) 近年己用于小型電 鍍廠含c 一 z n 2 廢水處理 但液膜穩(wěn)定性差 反滲透法作為一種新的膜分離技術(shù) 己大規(guī)模用于鍍z n n i c r 漂洗水及混 合重金屬?gòu)U水處理 電滲析法處理重金屬?gòu)U水時(shí) 陽(yáng)離子膜只允許陽(yáng)離子通過(guò) 陰離子膜只允許陰離子通過(guò) 在電流作用下 電鍍廢水得到濃縮和淡化 電滲析 法和反滲透法在重金屬?gòu)U水處理中具有技術(shù)可靠 操作費(fèi)用低 占地面積小 不 產(chǎn)生廢渣的優(yōu)點(diǎn) 但濃縮重金屬離子濃度有一定限度 膜分離效率隨時(shí)間衰退需 定期更換 而且某些微粒不能完全除去 2 2 活性炭概述 活性炭 a c t i v a t e dc a r b o n 簡(jiǎn)稱(chēng)a c 是由含碳物質(zhì)制成的外觀黑色 內(nèi)部孔 隙發(fā)達(dá) 比表面積大 吸附能力強(qiáng)的一類(lèi)微晶質(zhì)碳 其性質(zhì)穩(wěn)定 耐酸堿 耐熱 不溶于水或有機(jī)溶劑 容易再生 是一種環(huán)境友好型吸附劑 因此 被廣泛用于 工業(yè) 三廢 治理 食品工業(yè) 醫(yī)藥 載體 半導(dǎo)體應(yīng)用 電池和電能貯存等領(lǐng) 域 3 3 3 4 我國(guó)活性炭工業(yè)經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展 在產(chǎn)品產(chǎn)量 品種 質(zhì)量和生 產(chǎn)技術(shù)等方面均取得了較大的進(jìn)步 進(jìn)入2 l 世紀(jì) 我國(guó)活性炭年產(chǎn)量己突破2 l 萬(wàn)噸 近年來(lái) 我國(guó)活性炭生產(chǎn)和出口規(guī)模不斷擴(kuò)大 已成為世界上最大的活性 炭生產(chǎn)和出口國(guó) 3 5 應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和產(chǎn)量的增加對(duì)活性炭性能提出了更高的要 求 也促進(jìn)了特殊性能活性炭的開(kāi)發(fā) 調(diào)整活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和活性炭表面基團(tuán) 改性是特殊性能活性炭研究的兩個(gè)重要方向 2 2 1 活性炭的分類(lèi) 按其原料來(lái)源可分為木質(zhì)活性炭 煤質(zhì)活性炭 果殼炭 礦物質(zhì)原料炭和骨 炭等 按制造方法可分為物理法炭 化學(xué)法炭和化學(xué) 物理法或物理一化學(xué)法炭 按 其形態(tài)可分為粉狀活性炭 柱狀活性炭 球形活性炭及不定型活性炭等 3 6 1 2 2 2 活性炭表面物理結(jié)構(gòu)特性 碳原子具有2 s 2 2 p 2 兩種價(jià)電子 化學(xué)結(jié)合時(shí)形成s p s p 2 及s p 3 三種混合軌道 活性炭的基本結(jié)構(gòu)單元是s p 2 雜化軌道所形成的 結(jié)合角為1 2 0 的平面二元格結(jié) 構(gòu) 3 8 活性炭表面物理結(jié)構(gòu)特性主要是指微孔體積 比表面積和微孔結(jié)構(gòu)等 這 些結(jié)構(gòu)特性決定了活性炭的物理性吸附性能 7 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 活性炭是由排列成六角形的碳原子平面層組成的 這些平面層構(gòu)成了活性炭 的基本微晶 即石墨狀微晶 每個(gè)石墨微晶含有3 4 個(gè)平行的碳原子平面層 活性 炭基本微晶平面不完全是沿著共同垂直軸排列的 一種是微晶層與層之間存在雜 亂無(wú)章的角位移 隔層不規(guī)則地相互重疊著 這種排列稱(chēng)為 螺旋層結(jié)構(gòu) 另 一種是交聯(lián)碳六角形空間晶格的不規(guī)則結(jié)構(gòu) 這是由石墨層面扭曲而形成的 活性炭中孔隙的形狀是多種多樣的 大多數(shù)很不規(guī)n t 3 9 j 例如 有兩端開(kāi)口 的毛細(xì)管狀 也有一端封閉的孔隙 此外 還有墨水瓶狀 狹縫狀 v 字型裂 口狀以及其他不規(guī)則形狀的孔隙等 通?；钚蕴坎牧系目紫侗划?dāng)作圓筒形毛細(xì)管 狀看待 杜比寧建議 將孔隙按照半徑大小分為微孔 過(guò)渡孔和大孔 把r 2 n m 的 孔稱(chēng)微孔 2 r 1 0 0 n m 的孔稱(chēng)大孔 不同孔 徑的孔在吸附過(guò)程中所起的作用不同 大孔孔容一般為o 2 加 8 c m 3 儋 比表面積 o 5 2 0m 2 g 大孔在比表面積中所占比例很小 因此 其常常成為吸附質(zhì)分子的 通道 中孔孔容一般為0 0 2 0 1 0 c m 3 g 比表面積2 0 7 0 m 2 g 中孔既是吸附劑通道 支配著吸附的過(guò)渡 又在一定壓力下發(fā)生毛細(xì)凝聚 它對(duì)大分子的吸附起重要的 作用 微孔孔容一般0 2 加 6 c m 3 g 比表面積幾百至幾千m 2 g 活性炭材料9 0 的 表面積都集中在微孔 因此活性炭材料起主要吸附作用的是微孔 微孔主要有兩 種 一是石墨微晶中層面之間形成的層間孔 二是石墨微晶之間形成的粒間孔 活性炭的孔徑分布是影響其吸附容量的主要因素 孔徑與吸附質(zhì)分子的關(guān)系 及吸附性能 4 0 如圖2 1 所示 o o 礦百酉 o o j g 0c 1 r 圖2 1 孔徑與吸附質(zhì)分子大小的關(guān)系示意圖 1 吸附質(zhì)分子大于孔直徑時(shí) 會(huì)因?yàn)榉肿雍Y的作用 分子將無(wú)法進(jìn)入孔內(nèi) 起不到吸附的作用 2 吸附質(zhì)分子約等于孔直徑時(shí) 即孔直徑與分子直徑相當(dāng) 活性炭的捕捉 能力非常強(qiáng) 但它僅適用于極低濃度下的吸附 因此工業(yè)應(yīng)用前景不大 8 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 3 吸附質(zhì)分子小于孔直徑時(shí) 在孔內(nèi)會(huì)發(fā)生毛細(xì)凝聚作用 吸附量大 4 吸附質(zhì)分子遠(yuǎn)小于孔直徑時(shí) 吸附質(zhì)分子雖然易發(fā)生吸附 但也較容易 發(fā)生脫附 脫附速度很快 而且低濃度下的吸附量小 2 2 3 活性炭表面化學(xué)結(jié)構(gòu)特性 在制各各種活性炭的活化反應(yīng)中 微孔進(jìn)一步擴(kuò)大形成了許多大小不同的孔 隙 孔隙表面一部分被燒掉 化學(xué)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷或不完整 使活性炭的基本結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生缺陷和不飽和現(xiàn)象 此外由于灰分及其他雜原子的存在 氧和其他雜原子吸 附于這些缺陷上與層面和邊緣的碳反應(yīng)形成各種鍵 以至于形成各種官能團(tuán) 因 而使活性炭產(chǎn)生了各種各樣的吸附特性 化學(xué)性質(zhì)對(duì)活性炭的酸堿性 潤(rùn)濕性 吸附選擇性 催化特性 電化學(xué)性質(zhì)等產(chǎn)生較大影響 其中對(duì)活性炭吸附性質(zhì)產(chǎn) 生重要影響的化學(xué)基團(tuán)主要是含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán) b o e h m 等把活性炭表面官 能團(tuán)分成三組 酸性 堿性和中性 4 l 圖2 2 為活性炭表面可能存在的幾種含氧官能團(tuán)的可能結(jié)構(gòu)式 并排的羧基 a 有可能脫水形成酸酐 b 若與羧基或羰基相鄰 羰基有可能形成內(nèi)酯基 c 或芳醇 基 d 單獨(dú)位于 芳香 層邊緣的單個(gè)羥基 e 具有酚的特性 羰基 f 有可能單獨(dú) 存在或形成醌基 g 氧原子有可能簡(jiǎn)單地替換邊緣的碳原子而形成醚基m 官能 團(tuán) 叭e 表現(xiàn)出不同的酸性i 銅 一般來(lái)說(shuō) 活性炭表面的氧含量愈高其酸性也愈強(qiáng) 且具有陽(yáng)離子交換特性 反之 表面的氧含量愈低 其堿性就愈強(qiáng) 具有陰離子 交換特性f 4 3 活性炭表面除含氧基團(tuán)外 含氮官能團(tuán)也對(duì)活性炭的性能產(chǎn)生顯著 影響 嬸酶酶辣 b 林林溉拇 紺羧驀l 嘞酸爵l c 內(nèi)蹭基l d 芳酵基l0 0 羥 t l f 羰基l 國(guó)濺綦l 蕊薹 圖2 2活性炭表面含氧官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)式 9 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 含氮官能團(tuán)一般來(lái)源于利用含氮原料的制備工藝過(guò)程和活性炭與人為引入的 含氮試劑的化學(xué)反應(yīng) 需要指出的是活性炭表面的含氮官能團(tuán)并非不變的 楊全 紅等人t 4 4 j n 用x p s 考察了活性炭纖維經(jīng)f e s 0 2 改性后 含氮官能團(tuán)的演變過(guò)程 活 性炭表面存在的含氮官能團(tuán)主要有 酞胺基 繃 酞亞胺基 a 2 乳胺基 a 3 毗咯 基 b 1 毗睫基 b 2 等 它使活性炭表面表現(xiàn)出堿性特征以及陰離子交換特性 目 前 經(jīng)過(guò)物理化學(xué)和化學(xué)的分析方法得知的可能存在的含氮官能團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)如 圖2 3 所示 k i e n l e 等 4 5 利用同重氮甲烷反應(yīng) 同甲醇的酯化反應(yīng)以及其它反應(yīng) 已成功地測(cè)定了這些官能團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu) b a r t o n 等 4 6 j 通過(guò)高溫解吸 質(zhì)量滴定和量 熱分析等手段研究了活性炭上的酸性位和堿性位 厶卜 i l 圖2 3活性炭表面含氮官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)式 2 2 4 活性炭表面化學(xué)吸附機(jī)理 活性炭屬于非極性吸附劑 由于它的疏水性 使它在水溶液中可以有效地吸 附各種非極性有機(jī)物質(zhì) 但是吸附具有一定極性的溶質(zhì)就有困難 近來(lái)人們的研 究發(fā)現(xiàn) 表面化學(xué)官能團(tuán) 雜原子和化合物作為活性中心支配了活性炭表面的化 學(xué)性質(zhì) 4 7 1 一般來(lái)說(shuō) 活性炭表面含氧官能團(tuán)中酸性化合物越豐富的活性炭在吸 附極性化合物時(shí)應(yīng)具有較高的效率 而堿性化合物較多的活性炭易吸附極性較弱 或非極性物質(zhì) 堿性表面的獲得一般歸因于表面酸性化合物的缺失或堿性含氧 氮官能團(tuán)的增加 通過(guò)對(duì)活性炭進(jìn)行改性 使其表面具有一定的極性 可以增加 其對(duì)極性物質(zhì)吸附的能力 與此對(duì)應(yīng)的增加活性炭表面的非極性 可以增加其對(duì) 1 0 恕 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 非極性物質(zhì)吸附的能力 因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)活性炭表面酸堿基團(tuán)的含量來(lái)改變活 性炭對(duì)不同極性物質(zhì)的吸附性能 活性炭表面存在的雜原子和化合物可以與被吸 附物形成較強(qiáng)的結(jié)合力 從而增加活性炭對(duì)被吸附物的吸附性能 4 8 9 1 活性炭吸附被人比喻為 黑匣子 其工藝在近幾十年來(lái)并沒(méi)有多大的改變 但目前活性炭特別是g a c 仍不失為去除水中有機(jī)物 臭味 特別是合成有機(jī)物 s o c 的有效手段 5 0 1 盡管g a c 目前在去除水中有機(jī)污染物中 費(fèi)用有些昂貴 由于它具有眾所周知的安全性 易于管理的特點(diǎn) 仍在全世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用 美國(guó)環(huán)保署 u s e p a 的飲用水標(biāo)準(zhǔn)的6 4 項(xiàng)有機(jī)污染物指標(biāo)中 5 1 有5 1 項(xiàng)將g a c 列為最有效技術(shù) b a t 活性炭可用于氣相或液相吸附劑及催化劑的載體 大 量文獻(xiàn)對(duì)活性炭的吸附進(jìn)行了深入大量的研究 研究表明對(duì)活性炭在氣相吸附時(shí) i s 2 3 1 活性炭的孔形態(tài) 表面積和孔徑分布 是主要參數(shù) 而表面化學(xué)特性的影 響不顯著 當(dāng)它用于液相吸附時(shí) 表面化學(xué)特性對(duì)其吸附性能產(chǎn)生顯著影響 在 應(yīng)用過(guò)程中 人們最為關(guān)心的是其吸附容量 活性炭的吸附容量主要取決于以下 幾點(diǎn) 1 吸附劑特性 如表面官能團(tuán) 表面積和孔徑分布等 2 吸附質(zhì)特性 如官能團(tuán) 極性 疏水性 溶解度等 3 溶液條件 女n p i i 值 溫度 吸附質(zhì)濃度 溶劑極性等 活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附主要由兩種相互作用所決赳5 4 1 1 物理相互作用 它包括尺寸排斥和微孔效應(yīng) 尺寸排斥決定了吸附分子 所能進(jìn)入的活性炭微孔 其效應(yīng)是活性炭對(duì)吸附分子的有效吸附面積的函數(shù) 它 由活性炭及目標(biāo)分子的相對(duì)尺寸分布決定 2 化學(xué)相互作用 它包括吸附劑的表面化學(xué)特性 吸附質(zhì)及溶劑的化學(xué)性 質(zhì) 疏水性相互作用主要與吸附質(zhì)和溶劑間的相容性有關(guān) 一般來(lái)說(shuō) 吸附質(zhì)在 水中的溶解度越小 吸附劑對(duì)其吸附容量就越大 活性炭的吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附 物理吸附主要發(fā)生在活性炭豐富 的微孔中 用于去除水和空氣中的雜質(zhì) 這些雜質(zhì)的分子直徑必須小于活性炭的 孔徑 化學(xué)吸附主要是由于活性炭的表面含有官能團(tuán) 與被吸附的物質(zhì)發(fā)生化學(xué) 反應(yīng) 介質(zhì)中的雜質(zhì)通過(guò)物理吸附和化學(xué)吸附不斷進(jìn)入活性炭的多孔結(jié)構(gòu)中使活 性炭吸附飽和 吸附效果下降 吸附飽和后的活性炭需要進(jìn)行活化再生 恢復(fù)其 吸附能力 重復(fù)使用 吸附容量越大 吸附效果就越好 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 2 2 5 活性炭表面改性研究 活性炭具有很大的吸附性能主要是有其特殊的表面結(jié)構(gòu)特性和表面化學(xué)特性 所決定 5 5 對(duì)活性炭進(jìn)行改性處理 使其結(jié)構(gòu)和表面基團(tuán)改變以此增強(qiáng)其吸附 性能 2 2 5 1 表面結(jié)構(gòu)特性改性 結(jié)構(gòu)特性決定了活性炭的物理吸附 5 6 1 結(jié)構(gòu)特性主要是指微孔體積 比表面 積和微孔結(jié)構(gòu)等 普通活性炭存在灰分高 孔容小 微孔分布過(guò)寬 比表面積低 和吸附性能差等特點(diǎn) 活性炭的比表面積 孔徑分布等物理性質(zhì)對(duì)其吸附能力有 很大影響 因此有必要對(duì)其進(jìn)行改性 從而改變其吸附性能 5 7 1 表面結(jié)構(gòu)的改性有物理法 化學(xué)法及兩者的聯(lián)合 1 物理法 物理法主要是對(duì)原料進(jìn)行炭化處理 活化處理 通過(guò)開(kāi)孔 擴(kuò)孔和創(chuàng)造新孔 金屬元素作催化劑 5 8 1 減少了反應(yīng)時(shí)間 活性炭 2 化學(xué)法 然后用合適的氧化性氣體對(duì)炭化物進(jìn)行 形成發(fā)達(dá)的孔隙 日本專(zhuān)利采用第 族 獲得比表面積達(dá)到2 0 0 0 2 5 0 0 m 2 g 的超級(jí) 化學(xué)法主要是利用化學(xué)物質(zhì)使活性炭進(jìn)一步炭化和活化 得到孔隙更為發(fā)達(dá) 的樣品 常用的活化劑有堿金屬 堿土金屬的氫氧化物 無(wú)機(jī)鹽類(lèi)以及一些酸類(lèi) 文獻(xiàn)報(bào)道較多的有k o h n a o h z n c l 2 c a c l 2 1 1 h 3 p 0 4 等 詹亮等 5 9 采用k o h 對(duì) 普通的煤焦活性炭進(jìn)行改性 制得了比表面積高達(dá)6 8 8 6 m 2 g 的超級(jí)活性炭 從而大 大提高了活性炭的吸附能力 谷端律等以石油焦 煤瀝青 核桃殼為原料 采用 k o h n a o h 等賤金屬或堿土金屬化合物作活化劑制得了比表面積在3 0 0 0 3 6 0 0 m 2 g 的高比表面積活性炭 日本大阪煤氣公司用中間相瀝青微球?yàn)樵?刪 采用 k o h 活化法制得比表面積高達(dá)4 0 0 0 m 2 儋的活性炭 張麗丹等 6 1 采用酸 堿交替改 性方法處理普通活性炭 提高了活性炭的苯吸附量 增大比表面積 通過(guò)對(duì)活性 炭進(jìn)行酸 堿改性處理 溶去活性炭中的酸 堿可溶性物質(zhì) 同時(shí)不破壞活性炭 的骨架結(jié)構(gòu) 而達(dá)到大大提高活性炭比表面積及對(duì)苯系物的吸附量 3 物理化學(xué)聯(lián)合法 物理化學(xué)聯(lián)合法是將兩種方法聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行改性 一般來(lái)說(shuō) 采用先進(jìn)行化 學(xué)活化再進(jìn)行物理活化 c a t u r l a 等 6 2 采用z n c l 2 化學(xué)活化后 用c 0 2 進(jìn)行物理活化 1 2 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 核桃活性炭 進(jìn)一步開(kāi)孔和拓孔 用此法改性的活性炭比表面積最高硎 3 0 0 0 m 2 g m o f m a s a b i o 等 6 3 用h 3 p 0 4 和c 0 2 混合活化木質(zhì)纖維素活性炭 即先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6 8 8 5 的h 3 p 0 4 浸泡 然后炭化 活化 洗滌后用c 0 2 部分氣化 結(jié)果獲得了比表 面積達(dá)3 7 0 0m 2 g 總孔容達(dá)2 m l g 的超級(jí)活性炭 2 2 5 2 表面化學(xué)性質(zhì)改性 無(wú)論是作為吸附劑還是催化劑或催化劑載體使用 活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)都 具有極其重要的作用 當(dāng)作為吸附劑使用時(shí) 活性炭的表面性質(zhì)決定了其吸附物 質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量 當(dāng)作為催化劑或催化劑載體使用時(shí) 它在很大程度上決定了催 化活性組分的相互作用以及活性組分的分散程度 并最終決定催化劑的催化性能 6 4 1 o 表面化學(xué)性質(zhì)決定了活性炭的化學(xué)吸附 化學(xué)性質(zhì)主要是指表面的化學(xué)官能 團(tuán) 表面的化學(xué)官能團(tuán)根據(jù)活化的不同 有含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán) 6 5 1 含氧官 能團(tuán)又分為酸性和堿性含氧官能團(tuán) 酸性基團(tuán)有羧基 酚羥基 醌型羧基 正內(nèi) 酯基及環(huán)式過(guò)氧基等 其中羧基 酚羥基及內(nèi)酯基為主要酸性氧化物 堿性氧化 物則說(shuō)法不一 認(rèn)為是苯并芘的衍生物或類(lèi)毗喃酮結(jié)構(gòu)基團(tuán) 酸性氧化物使活性 炭具有極性的性質(zhì) 而堿性化合物易吸附極性較弱或非極性物質(zhì) 吲 因此 可以 通過(guò)改變活性炭表面的酸性和堿性基團(tuán)的含量 從而改變活性炭的吸附性能 大 量的研究發(fā)現(xiàn)化學(xué)官能團(tuán)作為活性中心支配了活性炭表面化學(xué)性質(zhì) 其中含氧官 能團(tuán)作為表面改性的中心 起著重要的作用 表面改性的方法有 高溫處理技術(shù) 表面氧化改性 還原改性 負(fù)載金屬或 氧化物改性 添加活性劑等f(wàn) 6 7 有目的地對(duì)活性炭進(jìn)行表面改性 賦予其一些特 殊的表面化學(xué)性質(zhì) 從而改變其吸附或催化性能 1 高溫處理技術(shù) 唐乃紅等 6 8 j 用烏蟲(chóng)籽殼制得的活性炭通過(guò)高溫氧化和化學(xué)改性處理 表面基 團(tuán)發(fā)生了變化 高溫氧化改性活性炭表面含氧官能團(tuán)數(shù)量比未氧化處理的活性炭 增加一倍左右 羧羥基比值高近4 倍 活性炭表面極性增大 對(duì)某些有一定極性的 溶質(zhì)吸附容量增加 2 氧化改性 氧化改性主要是利用強(qiáng)氧化劑在適當(dāng)溫度下對(duì)活性炭表面進(jìn)行氧化處理 從 而提高活性炭表面含氧酸性基團(tuán)的含量 增強(qiáng)表面極性 目前 通過(guò)氧化改性提 1 3 浙江工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 高活性炭表面酸性基團(tuán)的改性劑主要有h n 0 3 1 4 2 0 2 h 2 s 0 4 h c l h c l 0 h f n 0 3 等1 6 9 1 白樹(shù)林等 7 0 用活性炭在丙酮中浸f i 又4 h 在1 2 0 c 下烘干 分別用h n 0 3 1 1 3 h 2 0 2 1 0 f e n 0 3 3 9 h 2 0 在沸騰溫度下進(jìn)行氧化改性 結(jié)果表明 經(jīng)不同氧 化劑氧化處理的活性炭均有較高的陽(yáng)離子交換容量 用h n 0 3 1 1 氧化處理的活 性炭在3 0 0 4 0 0 c 下進(jìn)行熱處理 其表面可產(chǎn)生較多的酸性基團(tuán) 獲得較高的陽(yáng)離 子交換容量 對(duì)重金屬離子 有較高的吸附交換能力 m o r w s k i 等 7 1 采用硝酸對(duì)酚 基合成炭進(jìn)行處理 初步研究結(jié)果表明 處理后的活性炭對(duì)三鹵甲烷的吸附性能 大幅度提高 范順利等r 7 2 采用h n 0 3 i 1 2 0 2 n h 4 2 8 2 0 8 試劑對(duì)活性炭進(jìn)行改性處 理 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 改性后活性炭的表面含氧基團(tuán)含量都有增加 減弱了對(duì)極性較弱 分子的吸附作用 h n 0 3 改性使活性炭比表面積稍有減小 而h 2 0 2 n i l 4 2 s 2 0 s 改 性均使其增大 比孔容積也較未改性的活性炭大 v i n k e 等 7 3 采用硝酸和次氯酸對(duì)活性炭進(jìn)行改性處理 h n 0 3 是最強(qiáng)的氧化劑 產(chǎn)生大量的酸性基團(tuán) h c l 0 的氧化性比較溫和 可調(diào)整活性炭的表面酸性至適宜 值 被氧化過(guò)的活性炭 其表面幾何形狀變得更加均一 g i l 等 7 4 1 研究h n 0 3 和i 1 2 0 2 氧化改性對(duì)活性炭的影響 研究發(fā)現(xiàn) 對(duì)于h n 0 3 改性 在處理溫度低于6 0 c 時(shí) 主要是中孔受到影響 當(dāng)處理溫度達(dá)至u 9 0 c 時(shí) 微孔增多而中孔缺失 對(duì)于h 2 0 2 改性處理 表面組織結(jié)構(gòu)性質(zhì)受溫度因素的影響比 0 3 改性低 孫冶榮等 7 5 報(bào)道了用不同濃度的硝酸和過(guò)二硫酸銨對(duì)煤基活性炭和椰殼活性 炭進(jìn)行氧化改性 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 高濃度硝酸處理使活性炭表面積和孔體積降低 強(qiáng)氧化的生成物堵塞細(xì)孔 而低濃度硝酸的處理使表面和孔容有所增加 表明氧 化腐蝕打通了封閉的細(xì)小微孔 同時(shí)發(fā)現(xiàn) 過(guò)二硫酸銨氧化改變了煤基炭的微孔 孔徑分布 但卻對(duì)椰殼炭的微孔孔徑分布幾乎沒(méi)有影響 這可能是酸性氧化溶解 了煤基炭的灰分使孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變所致 通過(guò)b o e h m 滴定 7 6 發(fā)現(xiàn)了硝酸氧化使 表面羧基增加明顯 而過(guò)二硫酸銨氧化使表面酚羥基和內(nèi)酯基含氧基團(tuán)增加較多 陳靜遠(yuǎn)等 7 7 通過(guò)臭氧氧化處理活性炭 發(fā)現(xiàn)臭氧氧化使活性炭表面含氧官能團(tuán)數(shù) 量和表面酸度增加 從而增加了活性炭對(duì)c 的吸附容量 張建策等 7 8 1 在表面改性活性炭吸附重金屬的實(shí)驗(yàn)中 以p b 2 為例 對(duì)活性炭去 除水中重金屬的性能與機(jī)理進(jìn)行了探討 并研究了水 c a 2 的存在對(duì)活性炭吸附重 金屬的影響 實(shí)驗(yàn)表明 經(jīng)硝酸深度氧化的活性炭可顯著增j j n p b 2 吸附量 水中的