KOH活化法制备棉秆基活性炭及其对含苯酚废水的吸附
活性炭的制备及其对水污染处理的应用
活性炭的制备及其对水污染处理的应用1.引言活性炭是一种重要的吸附材料，具有大比表面积、良好的孔结构和高度的亲水性能等特点。
水污染已成为全球环境保护的重要问题，活性炭在水污染治理中得到了广泛应用。
本文将介绍活性炭的制备方法和其在水污染处理中的应用。
2.活性炭的制备方法2.1 化学法制备活性炭化学法制备活性炭的主要原理是在活化剂的作用下使原料发生氧化、脱除H、O元素的过程。
其制备步骤如下：将原料加入活化剂中，然后加热，炭化，冷却，压碎和筛分。
常用的活化剂有氢氧化钾、氢氧化钠、磷酸等，制备的活性炭孔隙结构稳定，具有高的孔隙度和比表面积。
2.2 物理法制备活性炭物理法制备活性炭的主要原理是利用一定的热能使原料中的水分以气态的形式逸出，从而在原料中形成大量的细微孔隙。
其制备步骤如下：将原料加热至一定温度，使水分逸出，然后水冷或自然风冷，再进一步的进行炭化处理，最后煅烧和筛分。
物理法制备活性炭的孔隙结构有一定的随机性，孔道呈现多曲、多级的结构，而比表面积则不如化学法高，但制备工艺较简单、成本低廉。
3.活性炭在水污染处理中的应用3.1 废水处理在废水处理中，活性炭可以通过吸附污染物、去除杂质等方式有效地净化废水。
活性炭可以吸附污染物，如重金属离子、有机物、残留药物等，净化废水。
活性炭还可以去除废水中存在的杂质，如悬浮物、胶体物等，提高废水的水质。
3.2 饮用水处理饮用水中的微生物、有机物、重金属等污染物对人类健康造成威胁。
通过向饮用水中添加活性炭，能够有效地吸附和去除其中的污染物，提高饮用水的水质。
活性炭的亲水性能优良，不会对水的 pH 值产生影响。
因此，活性炭在饮用水中得到越来越广泛的应用。
4.结论活性炭是一种广泛应用于水污染治理领域的重要材料，其吸附性强、亲水性好、孔隙结构稳定等特点使其在水污染治理中发挥着重要的作用。
化学法和物理法是制备活性炭的主要方法，两种方法各有特点，应根据实际需要进行选择。
KOH活化制备烟杆基活性炭的炭化过程
第37卷第6期2009年6月 化 学 工 程CHE M I CAL E NGI N EER I N G (CH I N A ) Vol .37No .6Jun .2009基金项目:国家自然科学基金资助项目(20167001);高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助作者简介:张利波(1977—),男,博士,副教授,主要从事碳材料制备与应用,E 2mail:libozh77@yahoo ;彭金辉,通讯联系人,E 2mail:jhpeng@kmust .edu .cn 。
K OH 活化制备烟杆基活性炭的炭化过程张利波,彭金辉,李 宁,夏洪应,李 玮,曲雯雯,朱学云(昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明 650093)摘要:为了揭示K OH 活化烟杆制备活性炭中炭化阶段的反应机理,利用热重法对氮气气氛中烟杆和浸渍K OH 的烟杆在不同升温速率下(分别为5,15,30K/m in )的热解过程进行了研究。
结果表明,随着K OH 的加入,降低了烟杆主要成分的分解温度,为炭化之后的活化反应奠定了重要基础。
采用Coats 2Redfern 模型对实验数据进行处理,得出了烟杆和添加K OH 的烟杆的热解表观活化能和指前因子,建立了热解动力学模型,发现烟杆及添加K OH 的烟杆热解的主要阶段分别可由一段1级反应和2.5级反应过程描述,K OH 的存在可将烟杆炭化阶段的活化能降低约30kJ /mol,动力学参数存在补偿效应。
关键词:烟杆;K OH;炭化过程;热解;动力学;动力学补偿效应中图分类号:T Q 351.21 文献标识码:A 文章编号:100529954(2009)0620059204Carbon i zati on process i n preparati on of acti vated carbon fro mtobacco ste m s with K OH 2acti vati onZHANG L i 2bo,PENG J i n 2hu i ,L I N i n g,X I A Hong 2y i n g,L IW e i ,QU W en 2wen,ZHU Xue 2yun(Faculty of Materials and Metallurgical Engineering,Kun m ing University of Science and Technol ogy,Kunm ing 650093,Yunnan Pr ovince,China )Abstract:I n order t o reveal the mechanis m of carbonizati on p r ocess in p reparati on of activated carbon fr om t obacco ste m s with K OH 2activati on,the pyr olytic p r ocess of t obacco ste m and that i m p regnated with K OH was carried out by using ther mo 2gravi m etric analyzer at different heating rates of 5,15,30K/m in in N 2at m os phere .The te mperature of pyr olytic reacti ons of main component of t obacco ste m s can be reduced in the p resence of K OH,which lays the i m portant foundati on of the activati on reacti on after ward .Coats 2Redfern model was used t o deter m ine the kinetic para meters for the t obacco ste m s with /without K OH,including frequency fact ors and activati on energies .Thepyr olytic kinetic models of t w o sa mp les were set up.The main pyr olytic stages can be described by first 2order and 2.52order gl obal model,res pectively .The results indicate that the pyr olysis activati on energy can be l owered by about 30kJ /mol in the p resent of K OH,and the kinetic para meters exhibit compensati on effects .Key words:t obacco ste m s;K OH;carbonizati on p r ocess;pyr olysis;kinetic;kinetic compensati on effect 高比表面积活性炭具有比表面积大、吸附量高、吸附速度快等特点,在气体燃料的吸附存储、吸附分离、双电层电容器电极材料的制备等诸多方面均表现出广阔的应用前景。
KOH活化法制备棉秆基活性炭的分析研究
KOH活化法制备棉秆基活性炭的研究-农学论文KOH活化法制备棉秆基活性炭的研究耿莉莉，张宏喜，李学琴（昌吉学院化学与应用化学系，新疆昌吉８３１１００）摘要：以棉秆为原料，在氮气保护下于４００℃直接碳化１２０ｍｉｎ后，以氢氧化钾为活化剂制备棉秆基活性炭，主要考察了碱碳比、活化温度、活化时间等工艺参数对活性炭吸附性能及活化得率的影响。
结果表明，制备棉秆基活性炭的最佳工艺条件为碱碳比为２．０，活化温度７００℃，活化时间９０ｍｉｎ，此时制得的活性炭的碘吸附值为１３８１ｍｇ／ｇ，亚甲基蓝吸附值为１８０ｍｇ／ｇ，平均孔径４．４２ｎｍ，最可几孔径２．１７ｎｍ，活化得率为１８．０７％。
关键词：棉秆；活性炭；氢氧化钾中图分类号：Ｓ５６２；ＴＱ３５１．２１文献标识码：A文章编号：0439－８114（２０15）14－3489-03DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2015.14.040 PreparationonActivatedCarbonfromCottonStalkby ChemicalActivationwithPotassiumHydroxideGENGLi-li，ZHANGHong-xi，LIXue-qin （DepartmentofChemistryAppliedChemistry，ChangjiUniversity，Changji831100，Xinjiang，China）Abstract：Preparationofactivatedcarbonfromcottonstalkbychemicalactivationwasinvestigatedinthispaper.Theplantwasfirs tlycarbonizedat400℃for120minan dthenactivatedwithpotassiumhydroxide.Effectsofalkali-carbonratio,activ ationtemperatureandactivationtimewerestudiedontheadsorptioncapaciti esandyieldoftheactivatedcarbon.Theexperimentalresultsshowedthattheo ptimumpreparationconditionswereasfollows:thealkalicarbonratioof2.0,th eactivationtemperatureof700℃andtheactivationtimeof90min.Atthistime, theadsorptionvaluesoftheiodineandthemethyleneblue，activationyieldandthesurfaceareaoftheactivatedcarbonwere1381mg/g，180mg/g，18.07%and1548m2/grespectively,theaverageaperturewas4.42nmandthe mostprobableaperturewas2.17nm.Keywords:cottonstalk。
KOH活化法制备棉花秸秆活性炭的研究
ＫｏＨ 活 化 法 制备 棉 花 秸 秆活 性 炭 的研 究
焦其 帅 ，胡永琪 ，陈瑞珍。 郝 宏强 ， 秀 ， 庞
（． １ 河北化 工 医药职业技术 学院 化 学与环境 工程 系，河北 石 家庄 ０ ０ ２ ； ５０ ６ ２ 河北科技 大学 化 学与制药工程学 院，河北 石 家庄 ０ ０ １ ） ． ５ ０ ８ 摘
Ｊ Ｏ Ｑ — ｕｉ Ｉ ｉｈａ Ａ ｓ
要 ： 以棉 花秸秆 为原料 ， 用 Ｋ Ｈ 活化 法制备 活性炭 样品 ， 讨 了炭 化、 采 Ｏ 探 活化及后 处理过程
中各 实验条件 对活性炭样品性能 的影响。综合 考虑 活性炭 样品 的性能及得 率 ， 出较 优 的实验条 得
件 为 ： 化 温 度 ４ ０ ５ ０℃ 、 炭 比值 １０、 化 温 度 ８０℃ 、 炭 ５—０ 碱 ． 活 ０ 活化 时 间 １０ｍ ｎ 在 较 优 条 件 下 制 得 ２ ｉ；
ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｄ ｔａ ｅｏ ｔ ｍ ｏ ｄｔ ｎ ｒ ｓ￣ｌ ｗｅ ｐ ｒｇｎ ｔ ｎ ｔｍｐ ｒｔｒ ｆ ５ － ０ ℃ ． ａｋｌ，（ ａ‘ Ｉ ｌｔ １ ｅｕｔ ｓ ｏ ｅ ｈ ｔｔ ｐｉ ｓ ｈ ｍｕ ｃ ｎ ｉｏ ｓｗｅｅａ ｉ ｌ ｄ： ｙｏｅ ａｉ ｅ ｅａｕｅｏ ４ ０ ５ ０ ｏ ｏ ｌａｉ／‘ ｌ ｌａｉ ／ ｈ ．ｏ
浅谈KOH活化法对超级活性炭制备的影响
分机筛分成粒度不 同的原料 ， 选取 ８ ０ ～１ ５ ０目合格
的石 油焦 与 ＫＯ Ｈ和催 化 剂 按 照一 定 比例 在 混合 机
内进行混合 ， 定量加入纯水 ， 混合 、 浸泡 ３ ～ ２ ０ ｈ 。浸
泡 好 的混 合 物料 加 入 到高 温 活化 釜 中 ， 定量 加 入碱 液， 用 电 炉 加 热升 温 到 １ ２ ０ ％进 行 物 理 脱 水 。 在 氮
济和 国防建设 以及人们 日常生活必不可 少的产 品
１ １ ＝ ３ １
。
超级 电容器作 为近几十年来发展起 来的新 型
储 能元件 。 由于具有ห้องสมุดไป่ตู้率密度高 、 瞬间大电流的快
速充 放 电 、 循 环寿命 长 、 工作 温度 范 围宽 、 安 全 无 污 染 等一 系列 优 点 ， 在 移 动通 讯 、 信 息技 术 、 工业域 、 消费电子 、 电动 汽 车 、 航 空航 天 和 国 防科 技 等 方 面 具有 广 阔 的应 用前 景 ， 已成 为 目前 国际研 究 的热
程处理 ， 采 用 简 易 的强 碱 活 化 法 ， 分 析不 同 的 活化
一
３ ８一
石 河子科 技
总第 ２ ２ １ 期
表１
不 同碱炭 比下活性 炭 孔结构 参 数和 吸 附性能
表 ３ 不 同活 化 时间下 活性炭 的孔结 构参 数和 吸 附性 能
考 察 活 化 时 间（ １ ｈ～３ ｈ ） 对活性炭吸附性能的影响 ，
． 『 ＿
’ ’ 。 ‘ 。 。 。 。 。 。 。 ’ 。 一
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： 竺 竺 ．
KOH活化微孔活性炭对对硝基苯胺的吸附动力学
对 水溶 液 中对 硝 基苯胺 的 吸附特 性， 并从动 力学角 度探 讨 了吸 附机理 ． 结果表 明， 活 性炭 Ｓ Ｃ对 对硝 基苯 胺吸 附动 力学数 据符 合准 二 微孔 ＡＡ
级 方程 ， 吸附速 率在 前 ２ ｍｉ ５ ｎ由 内扩 散控 制， 而后 由膜 扩 散与 内扩 散 共 同控 制 ． ｅ ｎ ｌ ｈ方 程能更 好地 描述 对硝 基苯胺 在活 性炭 Ｓ Ｃ 上 Ｆ ｕ ｄｉ ｒ ｃ ＡＡ
，
Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ９， ｈｎ ；２Ｃ ｌｇ ｆ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｎａｊ ｇＡ ｒ ｕｔｒｌ ｎｖｒ ｔ， ｎｉｇ １０ Ｃ ｉａ ． ｓｔｔ ｈ ｈ ｉ １０ ３ Ｃ ｉ ｎ ａ ．ｏｌ ｅ Ｅ ｇｎｅｉ ， ｎｉ ｇｉ ｌ ａ Ｕ ｉｅｓ Ｎａｊ ０ ３ ， ｈｎ ；３Ｉ ｔｕｅ ｅ ｏ ｎ ｎ ｃ ｕ ｉ ｙ ｎ２ １ ｎｉ ｏ ｈ ｍｉ ｌｎ ｕｔ ｆ ｏｅｔ ｒｄ ｃ， ｈｎ ｓ ａｅ ｆ ｏｅｔ ， ｎｊ ｇ２ ３ ， ｈ ａ． ｈｎ ｎ ｉ ｎ ｎａ ｆＣ ｅ ｃ ｄｓｒ ｏ ｒｓ Ｐｏ ｕｔＣ ｉｅｅＡｃｄｍｙｏ ｒｓ Ｎａ ｉ ０ Ｃ ｉ ） Ｃ ｉａＥ ｖ ｏ ｍｅｔｌ ａＩ ｙ Ｆ Ｆ ｙ ｒ ｎ １ １ ０ ｎ ｒ
文章编 号 ：１０ —９ ３２ １）２ ０７ —６ ０ ０６ ２（０００ １４ ０
Ａｄｓ ｒ ｉ ｎ ￣ ｎｅ ｃ ｏ ｎｉｒ ｎｉｉ ｏｎｔ ｍ ｉ ｏｐｏ ｏｕｓ ａ ｂｏｎ ｃ ｉ ａｔｏｎ ｏ ｐｔｏ ｉ ｆ ｓ ｆｐ— ｔ ０ａ Ｉｎｅ ｏ ｃｒ ｒ ｃ ｒ ａ ｔｖ ｉ ｗ ｉｈ ｔ Ｋ ｏ Ｈ ． ＬＩ Ｋｕ ｑｕ ｎ ’ ｎ— ａ ＿ ，ＺＨＥＮＧ Ｚｈｅ ｇｐ ＬＵＯ ｎ ．ｈ ｎ Ｊ ｎ Ｘｉｇ ｚ ａ ｇ， Ｉ ＡＮＧ ｉｎｃ ｕ （．ｎ ｉ ｎ ｎ ａ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｉ Ｊａ ．ｈ ｎ ， １Ｅ ｖｒ ｍｅ ｔｌ ｉｎ ｅａ ｄＥ ｇｎ ｅｉ ｐ ｒｍｅ ｔ Ｆ ｄ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ Ｓ ｎ ｎ ｙ
KOH活化法制备棉花秸秆活性炭的研究
KOH活化法制备棉花秸秆活性炭的研究活性炭作为一种重要的吸附材料，在环境治理、废水处理、气体净化等领域有着广泛的应用。
而棉花秸秆是一种常见的农作物废弃物，利用棉花秸秆制备活性炭既可以解决废弃物处理问题，又可以开发出具有良好吸附性能的新型活性炭材料。
本文以棉花秸秆为原料，通过KOH活化法制备活性炭，并对其吸附性能进行研究。
一、实验方法1.1原料准备本实验采用当地产的棉花秸秆为原料，首先将棉花秸秆晾晒至干燥，然后破碎成适当大小的颗粒状物料。
1.2活化剂处理将所得的棉花秸秆颗粒置于容器中，加入适量的KOH溶液，混合均匀后放置在恒温振荡水浴中进行活化处理。
1.3热解制备活性炭将经过活化处理的棉花秸秆颗粒置于炉内，进行高温热解，制备成活性炭。
1.4表征及吸附性能测试通过扫描电镜、氮气吸附-脱附等表征手段对所得活性炭进行性能测试，包括比表面积、孔径大小等参数的测定，以及对甲醛、苯酚等有机物的吸附性能测试。
二、实验结果及分析2.1棉花秸秆活性炭的表征结果显示，经过KOH活化处理的棉花秸秆活性炭具有较高的比表面积和丰富的孔结构，表现出良好的吸附性能。
2.2对甲醛、苯酚等有机物的吸附实验结果表明，棉花秸秆活性炭对这些有机物均有较好的去除效果，吸附量随着初始浓度的增加而增加。
2.3实验还表明，所制备的棉花秸秆活性炭具有较好的再生性能，经过热解处理后可以多次循环使用。
三、结论与展望本研究成功利用KOH活化法制备棉花秸秆活性炭，并对其吸附性能进行了研究。
结果表明，所制备的活性炭具有良好的吸附性能和再生性能，适合用于废水处理、气体净化等领域。
未来可进一步优化制备工艺，提高活性炭的吸附性能，拓展其在更广泛的领域的应用。
同时，还可以研究活性炭与其他材料的复合应用，提高其适用范围和吸附效率。
希望本研究能为相关领域的研究提供一定的参考和借鉴。
KOH活化法制备废旧棉织物活性炭及表征
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文献综述
KOH活化法制备活性炭的研究已有广泛报道。早期的研究主要集中在活化剂 浓度、活化温度、活化时间等因素对活性炭性能的影响。如Wang等研究了KOH浓 度对竹子活性炭性能的影响，发现当KOH浓度为60%时，制备得到的活性炭比表面 积最大。Liu等研究了活化温度对椰壳活性炭性能的影响，发现活化温度为700℃ 时，制备得到的活性炭具有最佳的吸附性能。
实验过程中，重点考察了KOH浓度、活化温度、活化时间等因素对废旧棉织 物活性炭性能的影响。在单因素实验的基础上，通过正交实验优化了KOH活化法 制备废旧棉织物活性炭的最佳工艺条件。此外，采用扫描电子显微镜（SEM）、 Brunauer-Emmett-Teller（BET）等方法对制备得到的活性炭进行了表征，以了 解其形貌和孔结构。
此外，活化时间也是影响活性炭性能的重要因素，如Xu等研究了活化时间对 核桃壳活性炭性能的影响，发现活化时间为30分钟时，制备得到的活性炭比表面 积最大。
近年来，研究者们开始废弃物材料的研究。例如，丝绸、棉麻等纺织品废弃 物的大量产生严重污染环境，成为亟待解决的问题。因此，以废弃纺织品为原料 制备活性炭成为当前的研究热点。如Zhang等研究了以废旧棉织物为原料，采用 KOH活化法制备活性炭的过程，并对其性能进行了表征。实验结果表明，制备得 到的活性炭具有较高的比表面积和较好的吸附性能。
1、制备情况
通过物理化学活化法成功制备了红麻杆基活性炭，制备过程中未出现明显的 烧结现象，产率较高，具有良好的应用前景。
2、理化性质
BET法测定结果显示，红麻杆基活性炭的比表面积在1000-2000m²/g之间，表 明其具有较高的吸附性能。BJH法测定结果显示，孔径主要分布在2-10nm之间， 表明其具有较好的吸附选择性。XRD分析结果表明，红麻杆基活性炭主要由石墨 烯和无定形碳组成。EA测定结果显示，红麻杆基活性炭中碳含量较高，达到了 90%以上。
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第53卷第2期2019年3月生㊀物㊀质㊀化㊀学㊀工㊀程Biomass Chemical Engineering Vol.53No.2Mar.2019㊀㊀收稿日期:2017-12-13㊀㊀基金项目:南京领军型科技创业人才引进计划资助(1007012)㊀㊀作者简介:谭文英(1960 ),女,黑龙江哈尔滨人,副教授,硕士,硕士生导师,主要从事生物质能源转化和利用研究;E-mail :twy2088@㊂doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2019.02.003研究报告 生物质材料KOH 活化法制备棉秆基活性炭及其对含苯酚废水的吸附谭文英,程晓红,李硕,杨宇翔(东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040)摘㊀要:以农业废弃物棉秆为原料,采用氢氧化钾活化法制备活性炭,并用于吸附含苯酚废水中的苯酚㊂棉秆基活性炭的最佳制备条件为棉秆先炭化,以KOH 溶液为活化剂,KOH 与棉秆炭的质量比(物料比)1.5ʒ1,活化温度800ħ㊁活化时间70min ,此条件下制备的棉秆活性炭亚甲基蓝的吸附值为342.33mg /g ,碘吸附值为1368.65mg /g ,其BET 比表面积达到了1735.94m 2/g ,总孔容积0.36cm 3/g ,平均孔径2.33nm ㊂将此活性炭用于吸附苯酚,苯酚质量浓度60mg /L 的50mL 废水中,当pH 值为7,吸附时间2h ,活性炭投放量为50mg 时,苯酚去除率最高可达98%㊂对此吸附过程进行动力学分析,结果表明准二级动力学模型能很好的描述此活性炭吸附苯酚的过程㊂关键词:棉秆;活性炭;苯酚;吸附中图分类号:TQ35;X71㊀文献标识码:A㊀文章编号:1678-5854(2019)02-0013-06引文格式:谭文英,程晓红,李硕,等.KOH 活化法制备棉秆基活性炭及其对含苯酚废水的吸附[J ].生物质化学工程,2019,53(2):13-18.Preparation of Cotton Stalk Based Activated Carbon by KOH Activation and Its Adsorption Capacity for Phenol WastewaterTAN Wenying,CHENG Xiaohong,LI Shuo,YANG Yuxiang(Material Science and Engineering College,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China)Abstract :The activated carbon,which was obtained with agricultural waste cotton stalk as raw material,was prepared by the activation of potassium hydroxide and used to adsorb phenol wastewater.The optimum preparation conditions for cotton stalk basedactivated carbon were carbonized cotton stalk,KOH as activator,mass ratio of KOH and carbonized cotton stalk (material ratio)1.5ʒ1,activation temperature 800ħ,activation time 70min.Under these conditions,the adsorption value of methylene blue was 342.33mg /g,and the iodine adsorption value was 1368.65mg /g.The BET specific surface area was 1735.94m 2/g,the total pore volume was 0.36cm 3/g,and the average pore size was 2.33nm.The activated carbon was used to adsorb phenol wastewater.When the amount of activated carbon was 50mg,the mass concentration of phenol was 60mg /L,the volume of wasterwater was 50mL,the pH value was 7and the adsorption time was 2h,the removal rate of phenol was up to 98%.The kinetic analysis of the adsorption process showed that the pseudo-second-order kinetic model could better describe the process of the activated carbon adsorption of phenol.Key word :cotton stalk;activated carbon;phenol;adsorb 近年来,随着农业科技的不断进步,农业废弃物资源也随着农作物产量的增加而日渐增多[1]㊂我国作为农业大国,农作物秸秆资源十分丰富,但其利用率很低,大部分秸秆作为燃料使用,不仅浪费资源还对环境造成压力,因此合理利用农业废弃物资源对我国未来的可持续发展具有重大意义[2]㊂许多研究14㊀生㊀物㊀质㊀化㊀学㊀工㊀程第53卷者利用农业废弃物为原料制备生物质化学品㊁生物质材料等,其中,用秸秆制备比表面积高㊁吸附能力强㊁孔隙发达的活性炭成为研究热点[3-4]㊂目前,活性炭的制备方法[5]有物理活化法㊁化学活化法[6]和其他活化方法如微波活化㊁催化活化等㊂而用化学活化法制备的活性炭孔隙结构更发达[7-8],对于大分子的物质吸附能力更强,其中,KOH作为活化剂时制备的活性炭比表面积较大,其吸附能力也较强[9-10]㊂本实验以棉秆为原料,以KOH为活化剂来制备活性炭,考察了活化工艺对活性炭吸附性能的影响,并用于吸附含苯酚废水中的苯酚,对吸附过程进行了动力学分析,以期为棉秆资源的高效利用提供了一条新途径㊂1㊀材料与方法1.1㊀原料、试剂与仪器棉秆,产自河北保定,灰分为3.59%,挥发分为72.31%,固定碳ɤ21.69%,含水率为8%㊂将棉秆进行除杂,粉碎,筛选粒径ɤ0.850mm的样品置于试剂瓶中备用㊂氢氧化钾㊁盐酸㊁碘㊁碘化钾㊁苯酚㊁亚甲基蓝㊁4-氨基安替比林,均为分析纯㊂HY-5A回旋式震荡器,江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;T6新锐紫外分光光度计,北京普析通用仪器有限公司;ASAP2020全自动孔隙度分析仪,Micromerit-ics公司㊂1.2㊀活性炭的制备将棉秆置于烘箱中105~110ħ烘干至质量恒定,称取10g棉秆放入坩埚中,置于马弗炉内,450ħ下炭化90min得到炭化料,随炉冷却后取出待用㊂称取1g炭化料于坩埚中,根据不同物料比各加入10g质量分数为5%㊁10%㊁15%和20%的KOH溶液倒入坩埚中,充分混合后浸渍12h,然后将浸渍好的混合物置于管式炉中,在氮气气氛中升温至600~900ħ下活化30~90min,在氮气保护下继续冷却至室温㊂将活化得到的样品用盐酸和蒸馏水洗涤至中性,并在烘箱中于105~110ħ下烘干,冷却至室温后称量并计算得率㊂活性炭得率(Y)=活性炭质量/棉秆原料质量ˑ100%㊂1.3㊀活性炭的分析表征1.3.1㊀碘吸附值和亚甲基蓝吸附值㊀参照国标GB/T12496.8 2015和GB/T12496.10 1999[11-12]对不同条件下制备得到的活性炭进行碘吸附和亚甲基蓝吸附性能的测定㊂1.3.2㊀比表面积和孔结构分析㊀采用全自动孔隙度分析仪对活性炭的比表面积和孔结构进行分析,比表面积采用BET法计算,微孔容积采用t-plot法计算,中孔容积采用BJH法计算㊂1.3.3㊀灰分质量分数测定㊀参照国际GB/T12496.3 1999[13]对活性炭样品进行灰分质量分数测定㊂1.4㊀活性炭对苯酚的吸附1.4.1㊀苯酚标准曲线㊀先配制100g/L的苯酚溶液,再稀释成质量浓度分别为5㊁10㊁15㊁20和25mg/L 的苯酚溶液㊂用移液管分别取1mL溶液于10mL的具塞试管中,各加入0.55mL的氨性缓冲溶液,再加入1mL20g/L的4-氨基安替比林溶液,摇匀后加入1mL铁氰化钾溶液,加蒸馏水稀释至刻度线,静置10min后用紫外可见分光光度计于510nm波长处测量吸光度,绘制苯酚溶液的标准曲线㊂标准曲线的方程为y=0.0115x+0.0135,R2为0.9962㊂1.4.2㊀去除率的测定㊀吸附前后水样中的苯酚含量采用4-氨基安替比林分光光度法测定[14],以此计算苯酚去除率,计算公式见式(1):q=c1-cc1ˑ100%(1)式中:q 苯酚去除率,%;c1 吸附前苯酚的质量浓度,mg/L;c 吸附后苯酚的质量浓度,mg/L㊂2㊀结果与讨论2.1㊀活性炭制备工艺优化2.1.1㊀物料比的影响㊀保持活化温度800ħ,活化时间90min,考察不同KOH的质量与炭化料质量之第2期谭文英,等:KOH活化法制备棉秆基活性炭及其对含苯酚废水的吸附15㊀比(物料比,gʒg)对活性炭得率和吸附性能的影响,结果如图1(a)所示㊂由图1(a)可以看到随着物料比的增大,活性炭得率逐渐降低㊂这是因为KOH具有强刻蚀和插层作用,当物料比较小时,亚甲基蓝和碘吸附值较低,浸渍不完全,KOH仅和棉秆炭表面反应,活化不充分,形成的微孔和中孔较少;物料比值增大后,KOH进入活性炭石墨层间与内层碳反应,破坏活性炭的石墨层,所以得率逐渐降低㊂亚甲基蓝和碘吸附值随着物料比的增大先增大后降低,在物料比为1.5时,亚甲基蓝和碘的吸附值达到最大,分别为311和1302.18mg/g,说明孔容积增大,微孔和中孔结构发达㊂继续增大物料比,原料上吸附的KOH过多,吸附值反而降低㊂因此,物料比选择1.5最合适㊂2.1.2㊀活化温度的影响㊀为了考察活化温度对活性炭得率和吸附性能的影响,保持物料比1.5,活化时间90min,在600~900ħ的活化温度条件下制备活性炭,测定活性炭得率㊁亚甲基蓝吸附值和碘吸附值,结果如图1(b)所示㊂由图1(b)可知,活性炭得率随着活化温度的升高呈逐渐下降的趋势,当活化温度达到800ħ以后,得率下降的幅度变小㊂随着温度的升高,活性炭碘吸附值㊁亚甲基蓝吸附值先逐渐上升,800ħ时达到最大值后,又逐渐降低㊂在600~700ħ时碘和亚甲基蓝吸附值增长较快,表明随着活化温度的升高,活化剂分子与原料中碳的反应速度加快,使活性炭的孔隙结构更发达,微孔和中孔增多,比表面积增大㊂但活化温度提高至800ħ以上时,烧蚀严重,表面的活性碳点减少,孔隙不断增大,比表面积下降,活性炭吸附性能下降㊂因此,KOH活化棉秆的最佳活化温度为800ħ㊂2.1.3㊀活化时间的影响㊀保持物料比为1.5,活化温度800ħ,将浸渍料置于管式炉中活化30~ 90min,考察活化时间对活性炭得率及吸附性能的影响㊂测定活性炭得率㊁亚甲基蓝吸附值和碘吸附值,结果如图1(c)所示㊂由图1(c)可知,随着活化时间的延长,活性炭的得率呈下降趋势㊂在活化时间为30~70min,活性炭的亚甲基蓝吸附值㊁碘吸附值逐渐增大,30~50min增加的尤为明显,70min时亚甲基蓝值338mg/g,碘值为1365.83mg/g,70min后亚甲基蓝吸附值和碘吸附值逐渐降低㊂结果表明:反应初期随着活化程度增加,细孔不断扩大,微孔和中孔数量逐渐增多,活化时间增加到70min以后,反应开始烧蚀炭骨架,使活性炭中一部分微孔结构被破坏,形成了中孔和大孔,降低了比表面积㊂因此,最佳活化时间选为70min㊂㊀a.物料比material ratio;b.活化温度activation temperature;c.活化时间activation time得率yield;碘吸附值iodine adsorption value;亚甲基蓝吸附值adsorption value of methylene blue图1㊀各因素对活性炭得率和吸附性能的影响Fig.1㊀Effect of various factors on the yield of activated carbon and adsorption performance16㊀生㊀物㊀质㊀化㊀学㊀工㊀程第53卷2.2㊀重复性实验由2.1节可知,棉秆基活性炭的最佳制备条件为先将棉秆炭化,以KOH溶液为活化剂,KOH与棉秆炭的质量比(物料比)1.5ʒ1,活化温度800ħ㊁活化时间70min,在此条件下进行3次重复实验,制备棉秆活性炭,其得率平均值为20.63%,相对平均偏差为1.73%;碘吸附值平均值为1368.65mg/g,相对平均偏差为1.53%;亚甲基蓝吸附值平均值为342.33mg/g,相对平均偏差为1.69%;灰分质量分数平均值为2.53%,相对平均偏差为1.31%㊂由数据可知,制备的棉秆活性炭的灰分质量分数已达到针剂用活性炭灰分含量国家标准[15]和糖液脱色用活性炭灰分含量国家标准[16]㊂2.3㊀活性炭的表征采用低温静态氮吸附仪对制备的活性炭比表面积和孔结构进行分析,结果如图2及图3所示㊂图2㊀活性炭的氮气吸附-脱附等温曲线Fig.2㊀Nitrogen adsorption-desorption isothermsof activated carbons㊀图3㊀活性炭的孔容-孔径微分分布曲线Fig.3㊀Pore volume-pore size differential distributioncurve of activated carbons从图2可以看出棉秆基活性炭的氮气吸附-脱附等温线为Ⅳ型㊂相对压力较低时,微孔充填使活性炭对氮气吸附量随着相对压力的增大迅速增大㊂相对压力继续增大后,没有出现平台,说明制备的活性炭存在中孔结构,继续增大后,由于气体压力低于其液体的饱和压力造成毛细管凝聚,使吸附和脱附曲线之间形成了滞后环㊂活性炭的比表面积为1735.94m2/g,总孔容积0.36cm3/g,平均孔径2.33nm㊂从图3可以看出活性炭孔径主要集中在2~4nm,说明用KOH活化法制备的棉秆基活性炭为介孔活性炭㊂2.4㊀活性炭对苯酚的吸附条件优化2.4.1㊀活性炭投放量的影响㊀称取不同质量的活性炭于锥形瓶中,各加入60mg/L的苯酚溶液50mL,在25ħ下以140r/min的速率振荡2h,过滤测定吸光度,计算苯酚去除率,结果如图4(a)所示㊂随着活性炭投放量的增加,苯酚去除率逐渐增大,当活性炭量增大到50mg时,去除率高达98%,50mg以上时,去除率趋于平稳,吸附基本达到饱和㊂所以最佳活性炭投放量为50mg㊂2.4.2㊀苯酚初始质量浓度的影响㊀在锥形瓶中分别加入20㊁40㊁60㊁80㊁100mg/L的苯酚溶液50mL,再加入50mg的活性炭,在25ħ下以140r/min的速率振荡2h,过滤后测定吸光度,计算去除率,结果如图4(b)所示㊂随着苯酚溶液质量浓度的增加,苯酚去除率逐渐降低,苯酚质量浓度从20mg/L增加到100mg/L时,苯酚去除率降低了9.68个百分点,由于活性炭吸附容量是有限的,吸附较高质量浓度苯酚溶液时,吸附更易达到饱和,所以高质量浓度的苯酚溶液去除率较低,但去除率降低的较慢㊂2.4.3㊀吸附时间的影响㊀在锥形瓶各加入50mg的活性炭和50mL质量浓度为100mg/L的苯酚溶液,在25ħ下以140r/min的速率分别振荡20~140min,过滤测定吸光度,计算去除率,结果如图4(c)所示㊂随着时间的增加,苯酚去除率逐渐升高,短时间内,吸附速率较大,去除率增加较快,当时间为100min以上时,吸附速率减小,吸附基本达到饱和,苯酚去除率趋于平稳㊂所以最佳吸附时间为100min㊂2.4.4㊀pH值的影响㊀在锥形瓶各加入50mg的活性炭和50mL质量浓度为60mg/L的苯酚溶液,其中,苯酚溶液pH值用盐酸和氢氧化钠溶液将溶液分别调为3㊁5㊁7㊁8㊁9㊁10和11,在25ħ下以140r/min 的速率振荡100min,过滤后测定其吸光度,计算去除率,结果如图4(d)所示㊂在酸性和中性条件下,pH㊀第2期谭文英,等:KOH活化法制备棉秆基活性炭及其对含苯酚废水的吸附17值为3~7时,活性炭对苯酚的去除率基本不变,在碱性条件下,去除率逐渐下降,pH值为11时去除率仅为62.55%,比酸性条件下降低了34.24个百分点㊂可能是因为苯酚溶液呈弱酸性,在酸性或中性条件下活性炭对苯酚的吸附较强,在碱性较强的条件下,苯酚会和一些化学基团反应,此时以脱附为主,所以去除率降低㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀a.活性炭投放量activated carbon amount;b.苯酚初始质量浓度initial mass concn.of phenol;c.吸附时间adsorption time;d.pH值pH value图4㊀各因素对吸附苯酚的影响Fig.4㊀Effect of various factors on adsorption of phenol2.5㊀活性炭对苯酚吸附的动力学研究吸附动力学主要是研究各因素对化学反应速率的影响规律,可根据吸附动力学模型对吸附过程及吸附结果进行预测㊂准一级动力学吸附模型假设吸附受吸附质中的扩散分子决定,方程如式(2)所示:ln(q e-q t)=ln q e-k1t(2)准二级动力学模型假设吸附速率受化学吸附控制,其方程如式(3)所示:t/q t=1/k2q e2+t/q e(3)式中:t 时间,min;q t t时刻的吸附量,mg/g;q e 吸附平衡时吸附量,mg/g;k1 准一级吸附速率常数;k2 准二级吸附速率常数,g/(mg㊃min)㊂本实验主要采用准一级吸附模型㊁准二级吸附模型对数据进行拟合,结果如图5所示㊂㊀㊀㊀㊀图5㊀准一级动力学方程(a)和准二级动力学方程(b)拟合Fig.5㊀Fitting of pseudo-first order kinetic equation(a)and pseudo-second order kinetic equation(b)18㊀生㊀物㊀质㊀化㊀学㊀工㊀程第53卷动力学模型拟合结果如下:准一级动力学模型的k1=0.03886,q e=28.117mg/g,R2=0.95;准二级动力学模型k2=0.00268,q e=92.166mg/g,R2=0.9998㊂准二级方程拟合得到的R2大于准一级,说明准二级吸附模型的拟合效果更好㊂实验测得的平衡吸附量(89.4mg/g)与准二级方程拟合得到的吸附平衡量(92.166mg/g)更接近,表明准二级动力学模型能更好的描述棉秆基活性炭吸附苯酚的过程㊂由此说明该吸附过程中化学吸附起主要使用㊂3㊀结论3.1㊀由氢氧化钾活化法制备的棉秆基活性炭的最佳条件为活化温度800ħ㊁活化时间70min㊁物料比为1.5,此条件下制备的棉秆活性炭,亚甲基蓝的吸附值为342.33mg/g,碘吸附值为1368.65mg/g;BET 比表面积为1735.94m2/g㊁总孔容积0.36cm3/g㊁平均孔径2.33nm,表明棉杆基活性炭为介孔活性炭㊂3.2㊀将制备的棉秆活性炭用于吸附苯酚,结果表明:废水中苯酚的去除率随着苯酚初始质量浓度的增大而减小,酸性条件下,苯酚去除率可达95%,pH值8以上时,去除率明显降低㊂苯酚质量浓度为60mg/L的50mL废水,pH值为7,活性炭最佳投放量和吸附时间为50mg和100min,此时苯酚去除率高达98%㊂棉秆基活性炭吸附苯酚的动力学行为符合准二级动力学模型㊂参考文献:[1]郭冬生,黄春红.近10年来中国农作物秸秆资源量的时空分布与利用模式[J].西南农业学报,2016,29(4):948954.[2]李海亮,汪春,孙海天,等.农作物秸秆的综合利用与可持续发展[J].农机化研究,2017(8):256262.[3]IOANNIDOU O A,ZABANIOTOU A A,STAVROPOULOS G G,et al.Preparation of activated carbons from agricultural residues for pesticide adsorption[J].Chemosphere,2010,80(11):13281336.[4]ISLAM M S,ROUF M A.Waste biomass as sources for activated carbon production:A review[J].Bangladesh Journal of Scientific and Industrial Research,2013,47(4):347364.[5]娄梅生.生物质炭活性炭的制备及其对苯酚废水吸附的研究[D].合肥:合肥工业大学,2013.[6]耿莉莉,兰海瑞,张宏喜.新疆棉秆基活性炭对苯酚吸附性能的研究[J].山东化工,2016,45(20):182185.[7]TZVETKOV G,MIHAYLOVA S,STOITCHKOVA K,et al.Mechanochemical and chemical activation of lignocellulosic material to prepare powdered activated carbons for adsorption applications[J].Powder Technology,2016,299:4150.[8]周丕严.H3PO4㊁KOH活化法桐壳基活性炭的制备及其吸附性能的研究[D].福建:福建师范学院,2007.[9]ABDEL-GHANI N T,EL-CHAGHABY G A,ELGAMMAL M H,et al.Optimizing the preparation conditions of activated carbons from olive cake using KOH activation[J].New Carbon Materials,2016,31(5):492500.[10]NGUYEN T D,MOON J I,SONG J H,et al.Synthesis of activated carbon from rice husk using microwave heating induced KOH activation[J]. Korean Journal of Materials Research,2012,22(6):321327.[11]国家质量技术监督局.GB/T12496.8 2015木质活性炭试验方法碘吸附值的测定[S].北京:中国标准出版社,2015:5.[12]国家质量技术监督局.GB/T12496.10 1999木质活性炭试验方法亚甲基蓝吸附值的测定[S].北京:中国标准出版社,2000:3.[13]国家质量技术监督局.GB/T12496.3 1999木质活性炭试验方法灰分含量的测定[S].北京:中国标准出版社,2000:1.[14]冉秀芝,许俊强,王敏,等.油茶饼粕活性炭的制备及其对苯酚的吸附动力学研究[J].西南大学学报:自然科学版,2014,36(5):20 27.[15]国家质量技术监督局.GB/T13803.4 1999针剂用活性炭[S].北京:中国标准出版社,2000:4.[16]国家质量技术监督局.GB/T13803.3 1999糖液脱色用活性炭[S].北京:中国标准出版社,2000:2.。