制备核桃壳生物质活性炭的吸附性能研究毕业论文

问题。传统方法是以空气低温精馏为基础生产纯度为99. 9%氧气。以活性炭吸附分离空气的研究早已有报道,但实际应用较难。目前,国外已有公司利用化学蒸气沉积(CVD)调节孔径,制成活性炭的孔径分布窄而均匀的具有分子筛性能的炭分子筛,通过变压变温吸附解吸装置,对空气中的氧气、氮气进行分离富集,得到高纯度气体[41]。

2.液相吸附应用活性炭液相吸附

主要应用于食品工业、制药工业、环保行业、化学工业。其中水处理方面的应用是活性炭最广泛的市场。资料显示,美国环保署(USEPA)的饮用水标准的64项有机污染物指标中,有51项将颗粒活性炭(GAC)列为最有效技术[42]。因此,活性炭在水处理方面的应用将是本世纪活性炭应用增长最快的领域，例如：重金属回收用活性炭也是目前国际市场上畅销的活性炭产品,售价较高。Norit公司拥有世界上最优质的重金属回收用活性炭,其对于水中无机重金属离子具有一定的选择吸附能力。如对于Ag+、Pd2+、Cd2+、CrO4-等离子的吸附率可达85%以上。该产品通过催化活化技术制备,是微孔发达、强度高的高档贵金属回收用活性炭,具有堆积密度高,吸/脱附速度快等特点。海水中有多种贵金属和稀有金属,进行精选利用可产生非常可观的经济利润,如利用活性炭和氢氧化铝、氢氧化铁混合物共同沉淀可以从海水中分离铀。

3. 作为催化剂和催化剂载体的应用

有催化活性的金属和金属氧化物是由于其活性中心的存在,而活性中心多半是由于结晶的缺陷而存在。活性炭晶型中有无定形炭和石墨炭,具有不饱和键,因而具有类似于结晶缺陷的表现。所以,很多情况下,活性炭是理想的催化剂,特别是氧化还原反应中更是如此。例如,活性炭在烟道气脱硫、硫化氢的氧化、光气的合成、氯化硫酰的合成、酯的水解,以及在工业上氯化二氰的合成,电池中氧的去极化作用,臭氧的分解等方面都有着广泛的应用。同时,活性炭也是理想的催化剂载体,因为它具有巨大的内比表面积,可以作为负载中心和反应中心。活性炭作为光催化剂载体降解有机废气将是今后发展的重点方向之一。

4. 临床医疗应用

（1）口服紧急解毒药用活性炭活性炭

作为口服紧急解毒药的应用研究取得了重要进展。日本选用球状活性炭试制的吸附材料AST-120口服活性炭(直径0. 2~0. 3mm)给有肝脏和肾脏障碍的实验犬服用,服用后延长了寿命。在芬兰1份中毒患者治疗调查中显示, 60%的乙醇和甲醇性中毒患者首选口服活性炭的治疗方法,治疗收效显著。在中国香港,活性炭已成为中毒患者急诊治疗的首选。在俄罗斯,已经允许给儿童服用活性炭用于腹泻、中毒等的临床治疗。 （2）血液净化用活性炭

血液净化是活性炭作为吸附剂之一在医学上的典型应用,但吸附选择性低。为了完善活性炭在临床上的应用,国内外近些年来对活性炭的成形技术、使用方式和专业吸附性能进行了研究,并取得了较快的进展,陆续出现了各种亲水凝胶、高分子材料包膜的活性炭、含碳纤维、炭膜以及碳纤维织物等各种形式的医用活性炭吸附剂。血液灌流用球状活性炭已通过临床实验,这种球状活性炭吸附了引起肾脏障碍的物质并将他们从体内排除,从而减少了体内毒物的累积速度。

1.3.3活性炭其它新用途

活性炭应用的其他领域是指活性炭的一些特殊应用,它的开发可能给人们的生活带来意想不到的结果。现列举其中的一部分:（1）比表面积大的活性炭通过

表面处理,用于电池电极材料,可获得与锂离子电池具有相同大容量的蓄电能力。近年来,作为手机电池、手提情报端末保护电源的电极材料需求量急速增长,活性炭可用于主电源和燃料电池。（2）在农业方面,活性炭可制成土壤改良剂,促进植物幼苗的生长,用于包炭种子可改善种子性能,用于花卉保鲜剂,杂草抑制剂,家禽饲料添加剂等。（3）用于温度控制,可制吸附恒温器和制取超低温。（4）在高真空技术中用来吸附痕量残余气体。

1.3.4活性炭的再生

活性炭的再生是活性炭应用的重要支持。活性炭经过一段时间的吸附后,由 于杂质堵塞了活性炭的孔隙致使吸附能力逐渐下降以至完全丧失,最终成为“饱和炭”。因此,从环保角度和处理系统经济方面考虑,对吸附后的“饱和炭”进行“再生”具有重要意义。然而,由于活性炭的非选择性吸附使得吸附和沉积在其表面上的杂质成分多种多样,带来再生技术上的困难。对此往往根据主要吸附质的性质,吸附剂的吸附行为及工艺上是否方便操作来选择适当的再生方法。目前国内外采用的再生方法有:药剂再生法[46]、微波再生法[47]、生物再生法[48-50]以及催化再生法[51]等。

1.3.5活性炭生产存在的问题

我国目前有中小型活性炭生产企业1000余家,活性炭产量占世界产量的三分之一,已成为世界上最大的活性炭生产国, 2007年生产量达到35万吨,出口量25万吨。但是我国活性炭行业在制造技术上不如欧美国家,国外在活性炭制造方面已达到了规模化、自动化、低消耗、无污染、产品质量稳定的先进水平,而我国仍然存在生产规模小、产品质量参差不齐、资源浪费等问题。特别是在化学法生产活性炭技术上,与日美等国有较大差距。日本氯化锌法活性炭生产技术采用回转炉两段法,其氯化锌消耗几乎为零,且不用盐酸回收锌。而我国的氯化锌消耗平均为每吨活性炭300 kg,盐酸消耗为每吨活性炭500 kg。美国磷酸法生产活性炭酸消耗在20%以下,我国平均在35%。这不仅造成生产成本的上升,最主要还给环境带来了较大的公害。国内的活性炭工业必须注重研究活性炭的应用发展趋势,加强新技术开发,促进整个活性炭行业的良好发展。

1.3.6活性炭应用展望

21世纪中国的活性炭行业仍然具有广阔的发展前景。活性炭在环保、食物提纯和催化剂等方面继续发挥重要作用的同时,人们已将活性炭与储气、膜分离、化工分离、分析传感器和生物机体联系起来,这些研究领域的开发为活性炭产品提供了新的生命力,也为活性炭的研制提出了新的要求。活性炭的研制应着眼于应用领域的扩大,所以有针对性地研制具有特殊吸附性能的活性炭成为重要的研究方向之一。在活性炭应用方面,根据吸附质的特征采用合适的活性炭及低成本制备方法是很有意义的课题。利用特殊的废弃物制备活性炭以发现特殊的吸附机能、寻找廉价黏接剂等也是重要的研究方向。

1.4论文研究背景及意义

在能源危机的大背景下，常规活性炭原料木材、煤炭等已逐渐退出历史舞台，取而代之的是具有价格低廉、资源丰富、安全可再生等特性的生物质材料。以生物质资源为原料来制备活性炭，一方面在很大程度上降低了活性炭的成本；另一方面也使农作物残体得到了资源化利用，同时避免了无组织焚烧带来的环境问

题。我国北方地区盛产山核桃，因此山核桃壳资源也是比较丰富。本文利用核桃壳制备生物质活性炭。另外，在上述制备活性炭的方法中，化学活化法具有明显的优势，其中磷酸活化法作为一种常用的活化方法，因其所需活化温度低，所以能耗少[43]，并且具有剩余磷酸易回收，活性炭产品产率高的特点，因此，本文即采用磷酸活化法来制备山核桃壳生物质活性炭。

1.5论文研究内容

本文的研究内容如下：

（1）以山核桃壳作为原料，磷酸活化法制备混合基活性炭，采用单因素实验方法得到制备活性炭的最佳实验条件；

（2）利用碘吸附值法与亚甲基蓝吸附值法对制备出的活性炭进行表征； （3）考查核桃壳生物质活性炭对甲基橙的吸附性能；

（4）最后，通过实验探讨混合基生物质活性炭的实际应用性。

综上，本文预期制备出低能耗、低灰分、高表观密度、高比表面积和高吸附性能的环境友好型混合基活性炭。

2 实验部分

2.1仪器及试剂

本研究所用通用试剂及仪器见表2-1，表2-2。

表2-1仪器型号及生产厂家

实验仪器 电阻炉温度控制箱 电热鼓风干燥箱

分析天平 马弗炉 紫外分光光度计

型号 DRZ-4 101-1ASD TP-2000 SX2-10-13 UV-6100-pcs

生产厂家 上海实验电炉厂 北京科伟永兴仪表公司 北京科伟永兴仪表公司 上海雷韵实验仪器公司 北京科伟永兴仪表公司

表2-2实验试剂规格及生产厂家

85%磷酸 浓硫酸 浓盐酸 硫代硫酸钠

碘 碘化钾 重铬酸钾 淀粉 碳酸钠 亚甲基蓝 浓硫酸

分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯

天津市化学试剂三厂 西陇化工股份有限公司 天津天力化学试剂公司 西陇化工股份有限公司 天津天力化学试剂公司 天津天力化学试剂公司 天津天力化学试剂公司 天津天力化学试剂公司 天津天力化学试剂公司 天津天力化学试剂公司 西陇化工股份有限公司

2.2材料

该实验制备活性炭的材料取自于陕南的山核桃壳，经过水洗晾干之后，磨碎至80~150目，密封保存待用。

2.3核桃壳活性炭制备 2.3.1温度对活性炭制备的影响

称取10g核桃壳碎片5份分别放入5个坩埚中，用移液管分别移取4 mol·L-1的磷酸溶液15ml加入到坩埚中搅拌，使核桃壳完全侵润，盖上坩埚盖，常温下活化16h后，将其转移到电热鼓风干燥箱中，在120℃条件下干燥8h后，转至马弗炉中，分别在300℃、350℃、400℃、450℃、500℃下活化60min后冷却，密封保存待用.

2.3.2活化剂浓度对活性炭制备的影响

称取10g核桃壳碎片5份分别放入5个坩埚中，用移液管分别移取2 mol·L-1、3 mol·L-1、4 mol·L-1、5 mol·L-1、6 mol·L-1的磷酸溶液15ml加入到坩埚中搅拌，使核桃壳完全浸润，盖上坩埚盖，常温下活化16h后，将其转移到电热鼓风干燥箱中，在120oC条件下干燥8h后，转至马弗炉中，在400oC下活化60min后冷