碳@微硅粉复合吸附剂吸附性能研究毕业论文.doc
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1、兰州理工大学石油化工学院毕业论文摘 要本论文以蔗糖为原料,经H2SO4碳化氧化和中温真空干燥等简单工艺,制备了一种新型的碳硅复合吸附剂(CMSP)。对其制备条件进行了优化,用场发射扫描电镜(SEM)、X-ray衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)和红外吸收光谱(FT-IR)对所制备吸附剂、进行了表征。研究了CMSP的N2等温吸附线和脱附线,结合XPS,FT-IR和荧光光谱对该吸附剂的制备及吸附机理进行了探讨,用BET方法和BJH模型考察了其表面积和孔结构。结合XPS, FT-IR 荧光谱图分析结果研究了新型碳质吸附剂的制备机理和吸附机理。研究了该新型新型碳硅复合吸附剂对亚甲基蓝的吸附性能。考
2、察了各种影响因素对吸附性能的影响,结果发现溶液pH和离子强度对吸附有很大的影响。动力学研究表明对亚甲基蓝的吸附符合一级动力学方程,等温线研究结果表明新型碳质吸附剂对亚甲基蓝的吸附属于Langmuir吸附模型,计算了热力学参数。研究了该新型碳硅复合吸附剂对Cr()的吸附性能。考察了各种影响因素对吸附性能的影响,结果发现溶液的pH和溶液中的离子强度对吸附性能的影响较大。 吸附动力学研究结果表明对Cr()的吸附符合二级动力学方程,并计算了活化热力学参数G、S*、H*、和E* ,吸附等温线研究结果表明对Cr()的吸附属于S型吸附等温线,说明对Cr()的吸附是一个多层物理吸附过程。制备的新型的碳硅复合吸
3、附剂具有优异的吸附性能,并且制备工艺简单,可作为活性炭类吸附剂的廉价替代品,具有广泛的应用前景。关键词:微硅粉;蔗糖;吸附;亚甲基蓝;Cr()Cr()61AbstractThis document reported a novel carbonmicro-silica power (CMSP) composite adsorbent. The reported composite adsorbent was prepared by carbonation and oxidization with H2SO4, and then vacuum torrefaction in middle tem
4、perature. The preparation conditions were optimized, and the scan electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), X photoelectron spectra (XPS) and infrared absorption spectroscopy (FT-IR) were utilized to characterize this reported adsorbent, and the N2 adsorption and desorption isotherms also
5、were studied. The surface area and pore structure of this reported adsorbent were calculated with BET method and BJH model. Combining with the analysis result of XPS, FT-IR and fluorescence spectra, the preparation mechanism and adsorption mechanism of this reported adsorbent was studied. Base on th
6、is work, the adsorption performance of methylene blue (MC) on this reported adsorbent was studied. The impact factor of MC on CMSP, such as pH and ionic strength, were investigated. The kinetics research had shown the adsorbing process of MC on CMSP keep to first-order kinetic equation. The adsorpti
7、on isotherms research shown the adsorbing process belonged to Langmuir adsorption model. Then, the thermodynamics function was calculated.The adsorption performance of Cr() on this reported adsorbent also was studied. The various effect factors were investigated. The results shown that pH, ionic str
8、ength had great effect on this adsorption process. The kinetics research shown that the adsorbed process of Cr() on CMSP keep to second-order kinetic equation, and then the thermodynamics parameter of activation station, such as G*,S*,H *andE*, were calculated. The adsorption isotherms research show
9、n the adsorption process of Cr() on CMSP belonged to S-type adsorption isotherm, it always indicated multilayer physical adsorption process. The reported adsorbent has excellent adsorption properties, and simple preparation process, could be used as a low-cost substitute of activated carbon, would h
10、ave a widely apply range.Key words: micro-silica power; sugar; adsorption; Methylene blue; Cr () 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指
11、导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式
12、标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日目 录摘 要IAbstractII第一部分 绪论11 活性炭的结构性能12 影响活性炭吸附性能的主要因素23 活性炭的应用领域23.1 水的处理方面的应用
13、23.2 空气净化方面的应用33.3 溶剂回收33.4 贵金属回收33.5 医学领域33.6 电子工业领域43.7 催化剂或催化剂载体材料44 活性炭的原料来源44.1 植物类原料44.2 矿物类原料44.3 塑料类原料54.4 其他含碳废弃物55 活性炭的制备方法65.1 物理活化法65.2 化学活化法75.3 物理化学联合法85.4 其他制备方法86 活性炭在重金属离子及染料吸附方面的应用96.1 活性炭处理含铬废水96.2 活性炭处理含汞废水106.3 处理含镉废水106.4 处理含铅废水116.5 处理染料废水117 活性炭复合吸附剂的研究进展118 国内外活性炭应用发展趋势12第二部
14、分 实验部分16第一章 碳微硅粉复合吸附剂的制备及表征161 实验内容172 结果与讨论182.1 优化制备条件182.2 表面化学特征分析182.3 形貌及形态表征192.4 N2吸附和脱附等温线及其孔结构212.5 几种碳类吸附剂吸附性能比较222.6 碳微硅粉的制备及吸附机理223 结论24第二章 碳微硅粉复合吸附剂对亚甲基蓝的吸附性能研究261 实验内容262 结果与讨论272.1 pH值对吸附影响272.2 离子强度对亚甲基蓝吸附的影响282.3 初始浓度对亚甲基蓝吸附量的影响282.4 亚甲基蓝吸附动力学研究282.5 亚甲基蓝吸附等温线303 结论33第三章 碳微硅粉复合吸附剂对
15、Cr()的吸附性能研究341 实验内容342 结果与讨论352.1 pH值对Cr()吸附影响352.2 离子强度对Cr()吸附的影响362.3 吸附时间对Cr()吸附的影响362.4 Cr()吸附动力学研究372.5 吸附等温线393 结论39参考文献41附录1 英文文献(原文)45附录2 英文文献(翻译)52致 谢60第一部分 绪论前言18世纪末,人们首次发现木炭具有吸附能力,这一发现导致木炭于1794年在英国精制糖厂首次获得工业应用。随后人们发现用各种原料制成的炭中,椰壳炭具有最出色的吸附性能,且质地致密而坚固,在一战中用于防毒面具,是当时能得到的唯一的高级吸附剂1900年,奥斯特雷杰科(
16、Ostrejko)发明氯化法生产活性炭的工艺,开辟了活性炭生产的现代工艺途径随着化学工业的迅速发展,话性炭的研究和应用,得到 很大的提高现在,括性炭作为一种孔隙发达的炭质材料,已经广泛用于分离,精制,催化剂试剂回收及其他,特别是在公害治理方面正得到广泛的应用。随着我国电镀、皮革、染色、金属酸洗和铬酸盐等工业的发展,排出含有大量Cr()及少量金属阳离子和阴离子的废水,其中Cr() 毒性很大,对人体健康及环境水质都有严重的影响。目前,处理含铬废水主要采用生物法、离子交换法、化学还原法、化学沉淀法、光催化法、电解法和吸附法等,其中活性炭吸附法处理废水费用低、效果好、操作方便,受到人们的重视。吸附法由
17、于具有设备简单、占地面积小、操作容易、效果稳定、投资少、回收铬方法简单、处理后废水可循环使用、可再生使用等优点而广泛采用。水处理中常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻土、腐殖质酸、焦炭、木炭、木屑等【1】。活性炭由于来源广泛、价格低廉、吸附性能好、易再生,在废水吸附处理领域得到广泛的应用。活性炭的吸附作用有物理吸附、化学吸附、化学还原。实验证明,活性炭对废水的吸附净化过程实际上是几种吸附类型综合作用的结果。1 活性炭的结构性能 活性炭是一种主要由含碳材料制成的外观呈黑色,内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料,它的结构中含有石墨微晶,这些微粒是尺寸为
18、1-3nm的结晶目前活性炭叉被认为是属于微晶类碳系,根据里利(Riley)的x射线分析数据,除石墨品粒外,活性炭还含有一到二、三个无定形碳,并且还含有杂原子,譬如说氧原子。由石墨晶粒和无定形碳所构成的多相物质决定着活性炭独特的结构。杜比宁(Dubinln)分类中大孔的内表面能发生多层吸附,但在活性炭中,由于它的比例很少,所以大部分只起着作为被吸附质分子进入吸附部位的通路作用但它作为支配吸附速度的因素在实际应用中也是很重要的过渡孔的作用不是单纯的,在许多情况下和大孔作用相同,作为被吸附质的通路而支配着吸附速度并且对不能进人微孔的大分子也起着吸附部位的作用活性炭的吸附作用大部分是由微孔进行的,吸附
19、量受微孔的支配微孔的生成,对应于微量的重量损失就能形成非常太的比表面积。活性炭结构中有大量肉眼看不见的微孔,1克活性炭材料中微孔,将其展开后表面积可高达8001500平方米。也就是说,在一个米粒大小的活性炭颗粒中,微孔的内表面积可能相当于一个客厅面积的大小。正是这些高度发达,如人体毛细血管般的孔隙结构,使活性炭拥有了优良的吸附性能。另外,活性炭分子之间拥有相互吸引的作用力,当一个分子被活性炭内孔捕捉进入到活性炭内孔隙中后,由于分子之间相互吸引的原因,会导致更多的分子不断被吸引,直到添满活性炭内孔隙为止。2 影响活性炭吸附性能的主要因素 活性炭本身的孔径分布不同原料和方法制造的活性炭, 其孔径分
20、布情况不同。一般将活性炭的孔径分为三类微孔(孔径小于30A), 中孔(孔径301000A),大孔(孔径大于1000A)。微孔丰富, 比表面积就大,但由于水中有机物分子较大,难以进入, 所以其在水处理中并没有用。一般用椰壳制取的活性炭比表面积大, 但大孔少, 适用于吸附低分子的有机物, 而煤质活性炭具有较多的过渡孔和较大的平均孔径,能较有效去除水中分子量较大的有机物。其中, 褐煤质活性炭更适宜用于净水。活性炭表面的化学性质也影响活性炭的吸附性能。活性炭表面遍布着各种各样的表面氧化物复合体,其成分主要受活化过程影响。这些基团如梭基、酚梭基、拨基等使活性炭又带极性, 因而能吸附极性较强的物质如苯酚、
21、卤代烃等。 吸附质的性质对活性炭吸附的影响。吸附质分子的空间排列和化学结构会影响活性炭的吸附,一般活性炭对溶解性有机物吸附的最佳范围为分子量大小在1A1000A之间, 超出活性炭孔径的有机物不能被吸附。如果有机物分子直径近似于活性炭孔径, 则可能堵塞孔道, 形成不可逆吸附。因此, 活性炭难以去除水中的大分子有机物如腐殖酸。经吸附试验证实【2】,芳香族化合物比脂肪族化合物易被活性炭吸附对同族化合物, 在适当的分子量内, 分子量越大吸附性能越好,支链化合物比直链化合物易被吸附,极性高的低分子化合物难被吸附。由于活性炭是一种疏水性物质, 因此水中溶解度愈小的物质越易被吸附。 PH值和温度的影响PH值
22、降低, 有机酸电离较小, 所以可以提高有机物的去除率水温愈低, 吸附效能愈好, 但在液相吸附中, 吸附质在活性炭细孔内的扩散决定其吸附速度, 从这一角度考虑, 提高温度可加大扩散速度。 竟争吸附的影响溶液中存在多种混合溶质时, 被吸附的各种溶质有的能相互诱发吸附, 有的能相对独立地被吸附, 有的则相互干扰, 产生竟争吸附。3 活性炭的应用领域3.1 水的处理方面的应用 饮用水的净化在自来水厂,为除去水中细菌等,需在水中加入有效氯,但氯与水中有机物反应可能生成氯化物和因氯气而发生异味,所以在家庭自来水管出口处人们常使用活性碳净水器,而现在这种净水器已逐步被活性炭净水器取代。用活性炭取代不仅具有不
23、易产生黑色粉末、压力损失小、水流速度快等特点,还可以用银离子进行处理或者利用它的导电性制成杀菌性活性炭。 工业废水的处理随着工业化生产的发展和城市人口的增加,水污染越来越严重,其中的有毒物和有害物己对生态环境造成威胁,活性炭对水溶液中的有机染料、磷化物、苯酚、碘以及无机污染物等具有较强的吸附能力。3.2 空气净化方面的应用空气中主要污染源是二氧化硫和氮的氧化物及硫化氢和有机挥发物组分等, 空气中的臭氧对人体的危害性极大, 一般允许浓度为0.110-6gmL-1。但在实际空气中的浓度为80-100gmL-1 时,长期接触易于引发肺炎,使肺的弹性功能组织变为无弹性而失去作用的病变组织。含氮沥青活性
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- 微硅粉 复合 吸附剂 吸附 性能 研究 毕业论文
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