生物質(zhì)活性炭的制備及其性能的研究

姜威 王丹丹 胡官營(yíng) 田成斌 朱宇婷

[摘要]實(shí)驗(yàn)以農(nóng)業(yè)秸稈為原料，通過(guò)對(duì)秸稈先活化后炭化制備了一種高效、環(huán)保、低成本的吸附劑—生物質(zhì)活性炭。主要對(duì)活化劑進(jìn)行了選擇并考察了料液比、炭化溫度、活化時(shí)間等因素對(duì)印染廢水吸附效果的影響。結(jié)果表明，用0.2mol/l的結(jié)晶硫酸鎂溶液（分析純）作為活化劑時(shí)，在料液比為1：3.3，活化時(shí)間為3h，炭化溫度在400℃的制備條件下制得的吸附劑活性炭吸附效果最好，此時(shí)對(duì)印染廢水的吸附率可達(dá)98.68%。

[關(guān)鍵詞]農(nóng)業(yè)秸稈；結(jié)晶硫酸鎂；吸附

[中圖分類(lèi)號(hào)]TQ424.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

引言

中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，秸稈資源特別豐富，由此帶來(lái)的秸稈污染問(wèn)題也特別嚴(yán)重。隨著工業(yè)上活性炭用量的逐漸增大，運(yùn)用秸稈制得活性炭成為秸稈利用的主要研究方向?；钚蕴孔鳛橐环N具有顯著吸附性能、巨大比表面積、發(fā)達(dá)空隙結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)的吸附材料廣泛應(yīng)用于污廢水處理。但直接采用秸稈制得的活性炭作為吸附劑處理印染廢水的吸附效果并不明顯。據(jù)資料顯示，采用先活化后炭化的方法制得的生物質(zhì)活性炭可以提高活性炭的吸附效果。因此，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)秸稈進(jìn)行改性，制備出秸稈生物質(zhì)活性炭，并考察了其對(duì)亞甲基藍(lán)染料廢水的吸附效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

（1）原料：農(nóng)業(yè)秸稈

（2）主要儀器：FA2104型電子天平、UV1901PC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、S2.5-12型箱式電阻爐、PHS-3E型pH計(jì)、101-2A型電熱鼓風(fēng)干燥箱、SHA—C型水浴恒溫振蕩器、粉碎機(jī)。

（3）試劑：氯化鋅固體、結(jié)晶硫酸鎂（分析純）、亞甲基藍(lán)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 吸附劑制備工藝

本實(shí)驗(yàn)采用先活化后炭化的方法制備生物質(zhì)活性炭。將活化劑與農(nóng)業(yè)秸稈按照料液比為1：3.3的比例混合，浸漬3h使其混合均勻。取其混合后樣品放入400℃的馬弗爐內(nèi)進(jìn)行炭化45min，待冷卻后取出樣品，得到吸附劑。用30mg/l的亞甲基藍(lán)溶液模擬印染廢水。

2.2 吸附效果的測(cè)定

用分光光度計(jì)測(cè)得生物質(zhì)活性炭吸附后的亞甲基藍(lán)溶液的濃度。不同濃度處理后的模擬的印染廢水具有不同的吸光度。根據(jù)所測(cè)吸光度從標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)上查得廢水中亞甲基藍(lán)的含量，并計(jì)算其吸附效率。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 活化劑的選擇

分別用0.2mol/l的氯化鋅溶液、結(jié)晶硫酸鎂溶液作為活化劑和沒(méi)有活化的秸稈粉末，在炭化溫度為400℃，活化時(shí)間為3h，浸漬比為1：3.3，pH為9的條件下制得吸附劑。通過(guò)對(duì)比吸附效果得到最佳吸附劑。氯化鋅作為活化劑時(shí)的吸附率為97.65%，結(jié)晶硫酸鎂（分析純）作為活化劑時(shí)的吸附率為98.68%，無(wú)活化劑制得的活性炭吸附率為83.65%。由數(shù)據(jù)可得結(jié)晶硫酸鎂（分析純）作為活化劑時(shí)所制得的改性后的活性炭的吸附效果最好。

3.2 料液比對(duì)吸附效果的影響

在0.2mol/l的結(jié)晶硫酸鎂（分析純）溶液為活化劑，炭化溫度為400℃，活化時(shí)間為3h，pH=9的條件下制得吸附劑。通過(guò)對(duì)比吸附效果，來(lái)確定最佳的原料配比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，隨著原料中的秸稈比例增大，吸附率先增大后減小。在配比1：3.3之前，吸附效率隨秸稈比例增大而增大，在1：3.3時(shí)吸附率達(dá)到最大值98.68%。在1：3.3之后，吸附效率隨秸稈比例增加而減小。其主要原因是料液比增加含碳量也隨之增大，在高溫條件下促進(jìn)孔隙的形成，但超過(guò)一定范圍，吸附效果下降。因此，料液比確定為1：3.3。

3.3 活化時(shí)間對(duì)印染廢水吸附效果的影響

在0.2mol/l的結(jié)晶硫酸鎂（分析純）溶液為活化劑，料液比為1：3.3，炭化溫度為400℃，pH=9的條件下制得吸附劑。通過(guò)對(duì)比吸附效果，來(lái)確定最佳活化時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著活化時(shí)間的增大，對(duì)印染廢水吸附率先增大后減小。在活化時(shí)間達(dá)到3h時(shí)，吸附率達(dá)到一個(gè)最大值94.65%。其主要原因是活化時(shí)間越長(zhǎng)，生物炭的比表面積越大，表面平整度越低，孔道數(shù)量越多，吸附性能越好，但時(shí)間越長(zhǎng)，會(huì)將活性炭燒成灰，漂浮在廢水上方，達(dá)不到那么高的吸附率。

3.4 炭化溫度對(duì)吸附效果的影響

在0.2mol/l的結(jié)晶硫酸鎂（分析純）溶液為活化劑，料液比為1：3.3，pH=9，活化時(shí)間為3h的條件下制得吸附劑。通過(guò)對(duì)比吸附效果，來(lái)確定最佳的炭化溫度。實(shí)驗(yàn)效果如圖3所示。

由圖3可得，隨著炭化溫度的增加，吸附率在不斷上升，當(dāng)炭化溫度為400℃時(shí)，吸附效果是最好的。之后隨著溫度的升高，吸附效果逐漸下降。其主要原因是隨著溫度的升高，活性炭的空隙逐漸擴(kuò)大，當(dāng)炭化溫度為400℃時(shí)孔隙半徑達(dá)到最大，吸附效果最好。

4 結(jié)論

通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算得出，用0.2mol/l的結(jié)晶硫酸鎂（分析純）作為活化劑，料液比為1：3.3，活化時(shí)間為3h，炭化溫度為400℃時(shí)制得的吸附劑的吸附效果最好，吸附率達(dá)到98.68%。

（1）以結(jié)晶硫酸鎂（分析純）作為活化劑制得的生物質(zhì)活性炭比沒(méi)有改性的秸稈直接炭燒制得的活性炭的吸附效果好。

（2）通過(guò)對(duì)秸稈制備生物質(zhì)活性炭有效地解決了農(nóng)業(yè)秸稈資源的利用問(wèn)題。

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