磷酸活化脫墨渣制備中孔活性炭研究

程富江 劉廷志 李祥祥

(天津科技大學(xué),天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津，300457)

·脫墨渣制備活性炭·

磷酸活化脫墨渣制備中孔活性炭研究

程富江 劉廷志*李祥祥

(天津科技大學(xué),天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津，300457)

以廢紙脫墨渣(污泥)為原料,通過磷酸活化法制備中孔活性炭,以碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值為考察指標(biāo),研究了活化時間、活化溫度、浸漬比及磷酸濃度等對活性炭吸附性能的影響。得到的最佳制備條件為：活化時間90 min,活化溫度450 ℃,浸漬比1∶3.5,磷酸濃度70%。此條件下脫墨渣活性炭得率為54.57%,得到的脫墨渣活性炭碘吸附值為421.98 mg/g,亞甲基藍(lán)吸附值為10.97 mL/g,比表面積、總孔容和中孔率分別達(dá)715.576 m2/g、0.353 mL/g和97.45%。磷酸活化法制備的脫墨渣活性炭比表面積較大,中孔發(fā)達(dá)。紅外光譜、掃描電鏡及X射線衍射表征表明，脫墨渣活性炭表面含有大量羥基等多種官能團(tuán)；脫墨渣活性炭的晶化程度較大,微晶不規(guī)則,孔隙結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。以脫墨渣為原料采用磷酸活化技術(shù)可成功制備出中孔活性炭。

磷酸；脫墨渣；中孔活性炭

我國由于森林資源匱乏,制漿造紙?jiān)辖M成中有近70%為再生纖維[1-2],并且大量再生纖維在回用過程中需要進(jìn)行脫墨處理,以消除紙張使用過程中印刷油墨等帶來的影響。再生纖維制漿脫墨過程中會產(chǎn)生8%～15%的脫墨渣[3],脫墨渣總量巨大、處理難度高,且沒有有效的利用途徑[4]。2008年我國已經(jīng)正式將脫墨渣列入《國家危險廢物名錄》(代碼221- 001-12)[5]。目前脫墨渣主要通過生產(chǎn)造紙用填料和涂布顏料、建筑材料、農(nóng)業(yè)肥料等低值利用,或進(jìn)行能量回收利用,即焚燒[6]。脫墨渣主要包含填料、涂料等無機(jī)物和細(xì)小纖維、油墨黏合劑等有機(jī)物,如果能夠充分利用其中的有機(jī)物,將其制備成活性炭,不僅環(huán)境友好,還能大大提高其附加值。活性炭在水處理、大氣污染控制、重金屬處理等方面具有很好的應(yīng)用潛力[7],其在環(huán)保方面的應(yīng)用也越來越多地受到關(guān)注和認(rèn)可。

近年來,活性炭的生產(chǎn)原料[8-9]已經(jīng)從傳統(tǒng)的煤炭、木材等轉(zhuǎn)向稻殼、酚醛樹脂、廢紙等工農(nóng)業(yè)廢棄物,旨在降低其原料成本或提高廢棄物綜合利用價值。脫墨渣中含有較多有機(jī)物,但將其制備活性炭的研究較少,脫墨渣中纖維、油墨黏合劑等有機(jī)物都是很好的活性炭制備原料,將脫墨污泥用于活性炭生產(chǎn)對拓展活性炭原料來源、促進(jìn)制漿造紙走循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路均具有一定的意義。目前,制備活性炭的方法主要有：磷酸法、氫氧化鈉法等化學(xué)活化法,水蒸氣、二氧化碳法等物理活化法及物理化學(xué)聯(lián)合活化法等。其中磷酸活化法具有生產(chǎn)工藝簡單,對溫度要求較低,藥品廉價易得危害小等優(yōu)點(diǎn)[10],是本研究首選方法。本研究通過磷酸活化法制備出脫墨渣活性炭,探究不同制備工藝條件對其碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值等性能的影響,并用紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)及X射線衍射(XRD)等手段對其進(jìn)行表征。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料、試劑和儀器

脫墨渣由寧波APP亞洲漿紙業(yè)有限公司提供,為混合廢紙脫墨渣,脫墨漿用于配抄白紙板；磷酸,鹽酸均為分析純。

MFL—2000馬福爐,天津市華北實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；JSM-IT300LV掃描電鏡(SEM)，日本電子株式會社；FTIR- 650傅里葉紅外光譜儀(FT-IR)，天津港東科技股份發(fā)展有限公司；TD-3500X射線衍射儀(XRD)，丹東通達(dá)科技有限公司；Autosorb-iQ全自動比表面和孔徑分布分析儀,美國康塔Quantachrome儀器公司；電子分析天平,標(biāo)準(zhǔn)疏解機(jī)；不銹鋼密封活化反應(yīng)罐,自制；鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 脫墨渣活性炭的制備

將脫墨渣干燥破碎至直徑為2～6 mm的顆粒,取50 g絕干污泥與不同濃度的磷酸混合,常溫浸漬24 h,然后在馬福爐中活化,以10℃/min的升溫速率升溫至活化溫度,恒溫活化一段時間,待物料冷卻至室溫,用去離子水洗滌至中性,105℃干燥4 h即得脫墨渣活性炭。

1.3 脫墨渣活性炭性能分析及表征

脫墨渣活性炭的碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12496.10—1999和GB/T 12496.8—1999測定。比表面積和孔徑分布使用Autosorb-iQ全自動比表面和孔徑分布分析儀進(jìn)行表征,通過SEM、FT-IR分析活性炭表面形貌及官能團(tuán),采用XRD對活性炭晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同條件對脫墨渣活性炭吸附性能的影響

2.1.1 活化時間對脫墨渣活性炭吸附性能的影響

用60%的磷酸以1∶4的浸漬比浸泡24 h,升溫速率10℃/min,在400℃下活化30～150 min,研究了活化時間對脫墨渣活性炭碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值變化,如圖1所示。從圖1中可以看出,隨著活化時間的延長,碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值均呈先上升后下降的趨勢,且均在90 min時吸附性能達(dá)到最優(yōu),碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值分別為386.52 mg/g和9.97 mL/g。這是因?yàn)樵诒厍捌?原料被選擇性燒蝕,閉孔打開,有大量中孔和微孔結(jié)構(gòu)生成；之后隨著時間延續(xù),微晶炭不斷被燒蝕,孔壁被破壞,較多的中孔和微孔轉(zhuǎn)變?yōu)榇罂?吸附性能顯著下降[11]。厲悅[9]采用磷酸法以稻殼為原料制備活性炭,在活化時間2 h內(nèi)隨著時間的延長,新孔不斷生成,活性炭吸附性能逐漸增加；超過2 h后,在新孔不斷生成的同時已經(jīng)成型的孔結(jié)構(gòu)被破壞,導(dǎo)致亞甲基藍(lán)吸附值有所降低,但碘吸附值幾乎沒有下降。本研究在活化90 min后亞甲基藍(lán)和碘吸附值均呈下降趨勢,但下降不顯著。

2.1.2 活化溫度對脫墨渣活性炭吸附性能的影響

用60%的磷酸以1∶4的浸漬比浸泡24 h,升溫速率10℃/min,在不同溫度下活化90 min,活化溫度對脫墨渣活性炭碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值的影響如圖2所示。從圖2可以看出,隨著活化溫度升高脫墨渣活性炭的吸附性能也逐漸上升,到450℃后開始略有下降,其碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值最高為402.84 mg/g和11.02 mL/g?；罨^程中隨著溫度不斷升高,已與磷酸結(jié)合的纖維在磷酸的作用下大量縮合,進(jìn)而形成孔壁,不規(guī)則孔隙結(jié)構(gòu)不斷生成,但當(dāng)溫度超過一定范圍后會導(dǎo)致對孔隙壁的過度侵蝕,孔隙結(jié)構(gòu)坍塌或形成大孔結(jié)構(gòu),導(dǎo)致活性炭吸附性能下降[12]。

盧辛成等人[13]以稻草為原料,采用磷酸活化法制備活性炭,最適活化溫度也是450℃,得到的活性炭吸附性能最優(yōu)。郭昊等人[14]以磷酸法經(jīng)預(yù)處理后制備杉木屑活性炭的最佳活化溫度為450℃,從450℃到500℃,碘吸附值略有下降,亞甲基藍(lán)吸附值增速放緩,與本研究變化趨勢類似。這可能是由于在該溫度范圍內(nèi),中孔或微孔的生成和孔壁的過度侵蝕坍塌到達(dá)平衡,導(dǎo)致吸附性能微變[15]。

圖1 活化時間對脫墨渣活性炭吸附性能的影響

圖2 活化溫度對脫墨渣活性炭吸附性能的影響

圖3 浸漬比對脫墨渣活性炭吸附性能的影響

圖4 磷酸濃度對脫墨渣活性炭吸附性能的影響

2.1.3 浸漬比對脫墨渣活性炭吸附性能的影響

圖3給出了磷酸濃度60%、室溫浸泡24 h、升溫速率10℃/min、活化溫度450℃、活化時間90 min的條件下,浸漬比對脫墨渣活性炭碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值的影響。由圖3可以看出,浸漬比在1∶3.5～1∶4.0時活性炭吸附性能達(dá)到最佳,其碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值最高可分別達(dá)到391.58 mg/g和10.77 mL/g。朱光真等人[16]研究發(fā)現(xiàn),隨著浸漬比的提高,纖維素的酸水解加劇,形成較大的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)錯層石墨微晶,使其與磷酸的酯化反應(yīng)增多,導(dǎo)致還原糖的含量不斷上升。但浸漬比的增加也就意味著磷酸含量增多,會導(dǎo)致對原料的侵蝕作用增強(qiáng),當(dāng)浸漬比超過一定范圍之后[17],強(qiáng)烈的侵蝕作用會使得先產(chǎn)生的微孔和中孔向大孔發(fā)展,而且當(dāng)浸漬比過高時[16],磷酸會在原料的表面形成一層保護(hù)膜,從而使得孔隙結(jié)構(gòu)更難以生成。當(dāng)浸漬比在1∶3.5～1∶40時新孔的產(chǎn)生和舊孔的坍塌破壞達(dá)到相對平衡,碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值極為接近,因此選取浸漬比1∶3.5進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

廖欽洪[18]在制備稻殼多孔炭吸附材料時也發(fā)現(xiàn)浸漬比對活性炭的吸附性能有相似的趨勢,但其發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)浸漬比為1∶4.5,可能是因?yàn)榈練ぜ?xì)胞壁排列緊密,硅含量較高,且內(nèi)表面有一層較厚的蠟狀壁,需要較大浸漬比來促進(jìn)物質(zhì)交換。

2.1.4 磷酸濃度對脫墨渣活性炭吸附性能的影響

在浸漬比為1∶3.5,活化溫度450℃,活化時間90 min的條件下,考察磷酸在濃度40%～80%范圍內(nèi)對活性炭吸附性能的影響,如圖4所示。由圖4可知,磷酸濃度在70%時脫墨渣活性炭吸附效果最佳,其碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值分別為421.98 mg/g和10.97 mL/g。此時，脫墨渣活性炭得率為54.57%。在原料浸漬過程中,原料中的纖維與磷酸反應(yīng)生成纖維磷脂[19],并且在磷酸的催化作用下水解生成糖類等。朱光真等人[16]的研究表明,在一定范圍內(nèi)隨著磷酸濃度不斷增加,還原糖含量也隨之上升,更有利于形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但在酯化反應(yīng)和水解反應(yīng)的深度過大時[12],會導(dǎo)致后期纖維芳構(gòu)化的過程中難以生成較大的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.2 脫墨渣活性炭表征

2.2.1 孔隙結(jié)構(gòu)

在浸漬比為1∶3.5、活化溫度450℃、活化時間90 min、磷酸濃度70%的條件下制備得到的脫墨渣活性炭。通過Langmuir和BJH公式計(jì)算脫墨渣活性炭的比表面積、中孔孔容、總孔容(單點(diǎn)吸附總孔容)分別為715.576 m2/g、0.344 mL/g和0.353 mL/g,中孔率97.45%,平均孔徑為18.573 nm。圖5所示為脫墨渣活性炭的N2吸附等溫線，由圖5可見,曲線屬于IV型[20],在較高P/P0區(qū),吸附質(zhì)發(fā)生毛細(xì)管凝聚,等溫線迅速上升；當(dāng)所有孔均發(fā)生凝聚后,吸附過程只在遠(yuǎn)小于內(nèi)表面積的外表面上發(fā)生,曲線平坦；在相對壓力接近1時,在大孔上吸附,曲線上升；從而說明脫墨渣活性炭的孔結(jié)構(gòu)主要為介孔。

圖5 脫墨渣活性炭N2等溫吸附脫附曲線

N2吸附脫附所產(chǎn)生的滯后環(huán)類型為H4型[21],說明該活性炭的孔洞結(jié)構(gòu)主要為層狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的楔形孔和狹縫孔。

通過BJH方法,根據(jù)脫附支做出孔徑分布曲線,結(jié)果如圖6所示。所制得的脫墨渣活性炭孔徑主要集中在15～25 nm,具有豐富的介孔結(jié)構(gòu),推測該活性炭較適合用于水處理和金屬離子的吸附等[22]。

盧辛成等人[13]采用磷酸活化法以稻草為原料制備活性炭,其N2吸附等溫線也為IV型,滯后環(huán)類型同樣為H4型,與本研究制備的活性炭孔結(jié)構(gòu)類似。

圖6 脫墨渣活性炭孔徑分布曲線(BJH)

圖8 脫墨渣活性炭SEM圖

2.2.2 表面官能團(tuán)

圖7給出了脫墨渣活性炭的FT-IR圖。

圖7 脫墨渣活性炭FT-IR圖

2.2.3 表面形貌

通過對制備的脫墨渣活性炭進(jìn)行SEM分析,得到了5000和50000倍下脫墨渣活性炭表面特征掃描分析圖,見圖8。

從圖8中可以看出,脫墨渣活性炭表面結(jié)構(gòu)粗糙,孔結(jié)構(gòu)非常明顯且較為疏松,其形狀不規(guī)則,大小不一。由圖8(a)可以看出,脫墨渣活性炭表面存在大量1～5μm 左右的孔狀結(jié)構(gòu),這可能是附著在纖維表面的無機(jī)填料等顆粒在浸漬活化等過程中被熔解或燒蝕脫落,進(jìn)而留下較多的大孔結(jié)構(gòu),也可能是部分部位出現(xiàn)斷裂,大量的介孔微孔被燒蝕坍塌而形成,這些孔洞結(jié)構(gòu)雖然無法直接提高活性炭的吸附性能,但能夠?yàn)榻榭谆蛭⒖椎奈教峁└嗟臐B透通道,從而提高活性炭的吸附效率；在圖8(b)中大孔附近能夠明顯地觀察到中孔的介孔結(jié)構(gòu),這與N2吸附-脫附所得到的孔徑大小基本一致。

2.2.4 XRD分析

圖9給出了脫墨渣活性炭的XRD分析圖。

圖9 脫墨渣活性炭XRD圖

從圖9中可以看出,脫墨渣活性炭的XRD衍射圖譜存在兩個非常明顯的衍射峰,一個是20°～28°之間的寬衍射峰,另一個在44°左右的強(qiáng)衍射峰；它們分別代表活性炭的(002)晶面和(100)晶面[27]。(100)衍射峰強(qiáng)度較高[28],說明脫墨渣活性炭的石墨化程度較深,孔隙結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。(002)峰呈彌散狀[27,29],表明活性炭晶化程度較大,微晶非常不規(guī)則,微晶結(jié)構(gòu)趨于亂層化,存在大量形狀不同、大小各異的孔隙結(jié)構(gòu)。

3 結(jié) 論

以脫墨渣為原料通過傳統(tǒng)的磷酸活化法制備活性炭是可行的,活化時間90 min，活化溫度450℃，浸漬比1∶3.5，磷酸濃度70%條件下所制得的脫墨渣活性炭碘吸附和亞甲基藍(lán)吸附效果良好,比表面積較大,中孔發(fā)達(dá),中孔率高達(dá)97%,且存在有大量1～5 μm的大口徑通道；脫墨渣活性炭表面具有羥基等多種官能團(tuán)。

采用脫墨渣制備活性炭,其碘吸附值可達(dá)421.98 mg/g,亞甲基藍(lán)吸附值為10.97 mL/g,活性炭得率為54.57%。制備的脫墨渣活性炭與普通活性炭吸附性能相仿,與一些高品質(zhì)活性炭相比仍有一定差距,需要進(jìn)一步優(yōu)化。

[1] Li Xuefeng, Qin Menghua.The Treatment and Comprehensive Utilization of the Deinking Sludge during Waste Paper Recycling[J].Paper Science & Technology, 2007, 26(5): 28.李學(xué)鳳, 秦夢華.廢紙回收過程中脫墨污泥的處理及其資源化利用[J].造紙科學(xué)與技術(shù), 2007, 26(5): 28.

[2] ZHAN Huai-yu, FU Shi-yu, LI Hai-long.Status and Development of Pulping Science and Technology in China[J].China Pulp & Paper, 2011, 30(2): 49.詹懷宇, 付時雨, 李海龍.淺述我國制漿科學(xué)技術(shù)學(xué)科現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國造紙, 2011, 30(2): 49.

[3] WAMG Yu-feng, SHI Bao-ying.Treatment and Utilization of Deinking Sludge[C]//Annual meeting of China Paper Association, 2012.王玉峰, 石葆瑩.脫墨污泥的處理與資源化利用研究進(jìn)展[C]//中國造紙學(xué)會學(xué)術(shù)年會, 2012.

[4] HE Jin-tao, WU Shu-bin, WANG Shao-guang.New Utilization of Deinking Sludge[J].China Pulp & Paper, 2006, 25(6): 51.賀進(jìn)濤, 武書彬, 王少光.脫墨污泥資源化利用新技術(shù)[J].中國造紙, 2006, 25(6): 51.

[5] Zhu Neng-chuang.Discussion on the design of the sludge incineration system[J].China Water Transport, 2013, 13(6): 134.朱能闖.脫墨污泥焚燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討[J].中國水運(yùn), 2013, 13(6): 134.

[6] LIU Lin, ZHANG An-long, LUO Qing, et al.Properties and Utilization of Solid Wastes of Paper Mills[J].China Pulp & Paper, 2015, 34(6): 52.劉 琳, 張安龍, 羅 清, 等.造紙固體廢棄物的性質(zhì)與資源化利用[J].中國造紙, 2015, 34(6): 52.

[7] SUN Kang, JIANG Jian-chun.Reviewon Research Progress and Development Trend of Activated Carbonat Home and Abroad[J].Chemistry and Industry of Forest Products, 2009, 29(6): 98.孫 康, 蔣劍春.國內(nèi)外活性炭的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè), 2009, 29(6): 98.

[8] ZHAO Li-yuan, Lv Jian-ming, Li Qing-li, et al.Present Situation and Progress in Preparation of Activated Carbon[J].Science Technology and Engineering, 2008, 8(11): 2914.趙麗媛, 呂劍明, 李慶利, 等.活性炭制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].科學(xué)技術(shù)與工程, 2008, 8(11): 2914.

[9] LI Yue.Research on Preparation of Activated Carbon from Rice Husks and Surface Modification of Activated Carbon[D].Changsha: Central South Forestry University, 2005.厲 悅.稻殼基活性炭制備及活性炭表面改性研究[D].長沙: 中南林學(xué)院, 2005.

[10] Guo Y, Rockstraw D A.Physicochemical properties of carbons prepared from pecan shell by phosphoric acid activation[J].Bioresource Technology, 2007, 98(8): 1513.

[11] WANG Zeng-hui.Carbon Material[M].Shanghai: East China Institute of Chemical Industry Press, 1991.王曾輝.碳素材料[M].上海: 華東化工學(xué)院出版社, 1991.

[12] LIU Jia.Studies on preparation of mesoporous active carbon from corncobs and its applications[D].Tianjin: Tianjin University, 2008.劉 佳.玉米芯中孔炭的制備及應(yīng)用研究[D].天津: 天津大學(xué), 2008.

[13] LU Xin-cheng, JIANG Jian-chun, SUN Kang, et al.Preparation of Mesoporous Activated Carbon from Rice Straw Using Phosphoric Acid[J].Chemistry and Industry of Forest Products, 2013, 33(4): 43.盧辛成, 蔣劍春, 孫 康, 等.磷酸活化稻稈制備中孔活性炭的研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè), 2013, 33(4): 43.

[14] GUO Hao, DENG Xian-lun, ZHU Guang-zhen, et al.Preparation of High Adsorption Performance Activated Carbon by Phosphoric Acid Activation[J].Chemistry and Industry of Forest Products, 2013, 33(6): 55.郭 昊, 鄧先倫, 朱光真, 等.磷酸活化制備高吸附性能活性炭的研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè), 2013, 33(6): 55.

[15] Solum M S, Pugmire R J, Jagtoyen M, et al.Evolution of carbon structure in chemically activated wood[J].Carbon, 1995, 33(9): 1247.

[16] ZHU Guang-zhen, DENG Xian-lun.Study on Preparation Mechanism of Activated Carbon by Phosphoric Acid Activation[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2011, 39(30): 18653.朱光真, 鄧先倫.磷酸法制備活性炭活化機(jī)理研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 39(30): 18653.

[17] Haimour N M, Emeish S.Utilization of date stones for production of activated carbon using phosphoric acid[J].Waste Management, 2006, 26(6): 651.

[18] LIAO Qin-hong.Preparation of Porous Carbon Adsorption Materials from Rice Husk and Application in the Wastewater Treatment[D].Guilin: Guangxi Normal University, 2010.廖欽洪.稻殼多孔炭吸附材料的制備及其在廢水處理中的應(yīng)用[D].桂林: 廣西師范大學(xué), 2010.

[19] Girgis B S, El A.Porosity Development in Activated Carbons Obtained from Date Pits under Chemical Activation with Phosphoric Acid[J].Microporous & Mesoporous Materials, 2002, 52(2): 105.

[20] CUI Dan-dan, JIANG Jian-chun, SUN Kang, et al.Preparatiom and Properties of Bamboo-based Activated Carbon with High Specific Surface Area[J].Chemistry and Industry of Forest Products, 2010, 30(5): 57.崔丹丹, 蔣劍春, 孫 康,等.高比表面積竹質(zhì)活性炭的制備與性能研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè), 2010, 30(5): 57.

[21] Groen J C, Peffer L A A, Pérez-Ramírez J.Pore size determination in modified micro-and mesoporous materials.Pitfalls and limitations in gas adsorption data analysis[J].Microporous and Mesoporous Materials, 2003, 60(1): 1.

[22] Gregg S J, Sing K S W.Adsorption, surface area, and porosity [M].Academic Press, 1982.

[23] Sahu J N, Acharya J, Meikap B C.Optimization of production conditions for activated carbons from Tamarind wood by zinc chloride using response surface methodology.[J].Bioresource Technology, 2009, 101(6): 1974.

[24] Chen B, Zhou D, Zhu L.Transitional Adsorption and Partition of Nonpolar and Polar Aromatic Contaminants by Biochars of Pine Needles with Different Pyrolytic Temperatures[J].Environmental Science & Technology, 2008, 42(14): 5137.

[25] LIU Chengbao, CHEN Zhigang, LU Qiuyue, et al.Synthesis and two-photon absorption properties of asymmetric multi-branched triphenylamine derivatives [J].Journal of Suzhou University of Science and Technology(Engineering and Technology), 2012, 25(1): 5.劉成寶, 陳志剛, 陸秋月, 等.活性炭表面改性及其苯酚吸附性能研究[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報: 工程技術(shù)版, 2012, 25(1): 5.

[26] LIU Bin, GU Jie, TU Yangyan, et al.Adsorption property of activated carbon from leaves of phoenix tree on different polarity phenols[J].Research of Environmental Sciences, 2014, 27(1): 92.劉 斌, 顧 潔, 屠揚(yáng)艷, 等.梧桐葉活性炭對不同極性酚類物質(zhì)的吸附[J].環(huán)境科學(xué)研究, 2014, 27(1): 92.

[27] LI Jiang, ZHAO Nai-qin, GUO Xin-quan, et al.Preparation of Granular Activated Carbon from Fly Ash[J].Carbon Techniques, 2004, 23(5): 6.李 江, 趙乃勤, 郭新權(quán), 等.利用除塵灰制備顆?；钚蕴康膶?shí)驗(yàn)研究[J].炭素技術(shù), 2004, 23(5): 6.

[28] SUN Kang, JIANG Jian-chun, HE Yue, et al.Preparation of Activated Carbon from Camellia oleifera Shell and Its Mesoporous Structure Modification[J].Chemistry and Industry of Forest Products, 2010, 30(6): 24.孫 康, 蔣劍春, 何 躍, 等.油茶果殼基活性炭的制備及其中孔結(jié)構(gòu)調(diào)控研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè), 2010, 30(6): 24.

(責(zé)任編輯：劉振華)

Preparation and Characterization of Mesoporous Activated Carbon Prepared from Deinking Residue Using Phosphoric Acid as Activator

CHENG Fu-jiang LIU Ting-zhi*LI Xiang-xiang

(TianjinKeyLabofPulp&Paper,TianjinUniversityofScience&Technology,Tianjin, 300457)
(*E-mail: liutz@tust.edu.cn)

The mesoporous activated carbon was prepared using deinking residue as raw materials and phosphoric acid as activating agent.The optimum preparation conditions were studied and the iodine adsorption value and methylene blue adsorption value were taken as evaluation index.The optimal conditions were as the follows: the ratio of material to liquid and the concentration of phosphoric acid were 1∶3.5 and 70%, respectively, the activating time was 90 min at 450℃.Under these conditions, the iodine adsorption capacity and methylene blue adsorption value of activated carbon reached to 421.98 mg/g, 10.97 mL/g, respectively.The N2adsorption-desorption isotherms results indicated that the specific surface area, total pore volume and mesoporosity rate of the activated carbon were 715.576 m2/g, 0.353 mL/g and 97.45%, respectively.FT-IR analysis of chemical properties of activated carbon showed that there were varieties of functional groups, such as hydroxyl on the surface, XRD and scanning electron microscope analysis indicated that activated carbon had high crystallization, the microcrystalline was irregular and the pore structure was stable.Phosphoric acid activation was proven an effective technology to prepare mesoporous activated carbon using the deinking residue．

phosphoric acid; deinking residue; mesoporous activated carbon

2016- 08- 26(修改稿)

程富江先生,在讀碩士研究生；研究方向：生物質(zhì)精煉和污水處理。

X793

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.01.007

*通信作者：劉廷志，博士，研究員,博士生導(dǎo)師；主要從事污水治理及生物質(zhì)精煉等研究工作。