秸稈炭吸附甲醛的開發(fā)利用

摘要：論述了活性炭和秸稈碳的特點(diǎn)，分析了改性秸稈碳替代活性炭作為新型脫附劑的可能性，研究了秸稈炭和硝化改性秸稈炭吸附甲醛的優(yōu)化條件，測(cè)定出秸稈炭和硝化改性秸稈碳對(duì)甲醛的的飽和吸附量qe分別為0.30mg/g和0.71mg/g，說明改性秸稈炭可用于吸附有害氣體甲醛。

關(guān)鍵詞：秸稈炭；吸附；甲醛

1引言

甲醛是人居環(huán)境中常見的一種有害氣體，對(duì)人體呼吸道黏膜和皮膚有強(qiáng)烈的刺激作用，長(zhǎng)期接觸低劑量甲醛會(huì)引起慢性呼吸道疾病，記憶力下降，染色體異常，免疫力異常等。常用于處理室內(nèi)甲醛的辦法有植物吸收、活性炭吸附和光催化降解等。

活性炭是處理甲醛首選的吸附劑，具有很大比表面積、且吸附速度快、易脫附等優(yōu)點(diǎn)，但是其造價(jià)大，成本大，且由于其多以木材、木炭、木屑、果核為原料而受到法律限制。

近年來秸稈氣化作為產(chǎn)生能源的一項(xiàng)技術(shù)，逐漸走進(jìn)人們的視野。它是將秸稈在1200℃下干餾氣化，所得氣體用于代替天然氣，其干餾固化物稱為秸稈炭。秸稈氣化既能使農(nóng)業(yè)廢棄物變?yōu)樾履茉?，又可保護(hù)環(huán)境，使政府多年倡導(dǎo)的秸稈炭焚燒得以落實(shí)。秸稈炭來源類似于活性炭，即可能具備活性炭的特點(diǎn)。由秸稈炭SEM圖知其表面極不規(guī)則，有許多由于空腔塌陷而形成的微孔，比表面積大，有助于提高其吸附性能。由于秸稈炭干餾溫度太高，其孔徑在干餾的過程中不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致孔道塌陷，被吸附物不易進(jìn)入空隙位置，這對(duì)秸稈炭的吸附性能會(huì)帶來不利影響。秸稈炭眾多的邊緣不飽和碳原子和結(jié)構(gòu)缺陷也賦予其極強(qiáng)的反應(yīng)性，因此秸稈炭的表面微結(jié)構(gòu)有極強(qiáng)的可塑性，利用表面化學(xué)改性來改變其表面酸、堿性、引入或除去某些表面官能團(tuán)，可得到性能不同的吸附料。另由秸稈炭紅外譜圖知其表面有-OH、-CO2-和–COOH等基團(tuán)，且氧化后的秸稈炭羰基明顯增多，經(jīng)過改性后引入含氧基團(tuán)-NO2等多氧基團(tuán)，獲得酸性表面，具有親水性，增加對(duì)極性物質(zhì)的吸附性[1]-[5]。

我們選用高溫1200℃下秸稈氣化固化物—秸稈炭，對(duì)其進(jìn)行硝化改性。對(duì)秸稈炭及改性產(chǎn)物進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，探尋活性炭的替代品。以期增加秸稈炭氣化的經(jīng)濟(jì)效益，提高秸稈炭的綜合利用率，降低吸附劑成本，為秸稈炭開發(fā)利用開辟新的途徑。

2、實(shí)驗(yàn)研究

2.1秸稈碳和硝化改性秸稈碳的吸附條件優(yōu)化

用粉碎機(jī)將棒狀的秸稈炭原料磨成粉狀，混合均勻后過篩（100目）。在120℃下干燥4小時(shí)，裝入黑色袋密封備用。

取秸稈炭用1：1硝酸在加熱下浸泡4h后，抽濾，洗滌至中性，并在120℃下烘干，的硝化改性秸稈碳，裝入黑色袋備用。

分別取一定量的秸稈炭和改性秸稈炭加入到25.00mL 10.00mg/L甲醛溶液中，攪拌均勻后，放入恒溫振蕩器上振蕩一定時(shí)間。取出抽濾，測(cè)定吸光度，計(jì)算脫除率，通過脫除率的大小來評(píng)價(jià)秸稈炭和改性秸稈炭的吸附性能，分別討論時(shí)間、溫度、PH值三個(gè)單因素對(duì)秸稈炭和改性秸稈炭吸附甲醛的影響，結(jié)果表明，秸稈炭吸附甲醛的優(yōu)化條件是pH=4-6，吸附溫度25℃，吸附時(shí)間1.5h；改性秸稈炭的吸附優(yōu)化條件是pH=2-4，吸附溫度25℃，吸附時(shí)間1.5h。

2.2秸稈炭和改性秸稈炭的等溫吸附實(shí)驗(yàn)

稱取5份2.5000g秸稈炭，配置2.5mg/L、5.0mg/L、7.5mg/L、10.0mg/L、12.5mg/L的甲醛標(biāo)液，調(diào)節(jié)PH=6.將秸稈炭分別加入25.00ml各濃度標(biāo)液中，在25℃下震蕩1.5小時(shí)，抽濾，移取10.00mL濾液按3.1.3顯色，測(cè)定吸光度，計(jì)算脫除率和吸附量，做濃度和脫除率曲線，且對(duì)1/c和1/qt進(jìn)行線性擬合，計(jì)算飽和吸附量得qe=0.3mg/g。

稱取5份2.5000g改性秸稈炭，加入配置好的甲醛標(biāo)液中，調(diào)節(jié)PH=4.在25℃下震蕩1.5小時(shí)，抽濾，移取10.00mL濾液按3.1.3顯色，測(cè)定吸光度，計(jì)算脫除率和吸附量，做濃度和脫除率曲線，且對(duì)1/c和1/qt進(jìn)行擬合，計(jì)算飽和吸附量得qe=0.71mg/g。

3、結(jié)論

（1）秸稈炭的最優(yōu)化吸附條件為：溫度25℃，pH值4-6，最佳吸附時(shí)間為1.5h。

（2）改性秸稈炭的最優(yōu)化條件為：溫度25℃，pH值2-4，最佳吸附時(shí)間為1.5h。

（3）秸稈炭和改性秸稈炭的吸附符合Langmuir等溫吸附方程，飽和吸附量分別為qe=0.30mg/g，qe=0.71mg/g，硝化改性秸稈碳的飽和吸附量，高于市售活性炭。

（4）硝化改性秸稈碳可以代替活性炭用于甲醛的脫附。

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項(xiàng)目資助：國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（201511080590）；（201611080009）。