红蓼活性炭的制备及其吸附特性的研究

论文摘要

本文以廉价易得的水生植物红蓼为原料,采用磷酸活化法制得比表面积高、吸附效果好的活性炭。在对其进行物化表征的基础上,研究了红蓼活性炭对碱性染料、重金属及含酚废水的吸附性能。考察了溶液pH、吸附剂投加量、离子强度、吸附时间、温度对吸附作用的影响,并结合动力学和热力学模型对吸附机理进行了探讨。采用一定方法对吸附饱和的活性炭进行解吸试验,对其再生利用进行研究。制备工艺条件：磷酸溶液质量分数为45%,固液质量比2.4：1,浸渍时间12h,活化温度450℃,活化时间1h。红蓼活性炭表面粗糙不平,分布着大量孔道,呈现不规则多孔结构,是一种无定形的活性炭；比表面积高达1398 m2/g,平均孔径为4.4nm,以中孔为主；表面含有醇羟基、羧基、内酯基、酚羟基和羰基等多种含氧官能团,表面酸性基团含量较高,以羧基为主。红蓼活性炭对孔雀石绿、罗丹明B、Pb（Ⅱ）和2,4-二氯酚的吸附效果非常好,吸附量分别高达480,556,98.39和220mg/g,优于其它吸附剂。溶液pH对红蓼活性炭的吸附效果影响很大,对于孔雀石绿和Pb（Ⅱ）来说,去除率随pH的升高而增大,而罗丹明B和2,4-二氯酚则呈现相反的规律。离子强度对活性炭吸附染料和2,4-二氯酚的影响不大,对Pb（Ⅱ）影响较大。红蓼活性炭对染料和2,4-氯酚的吸附以化学吸附为主；对Pb（Ⅱ）的吸附以离子交换为主。伪二级动力学模型可以很好的反映红蓼活性炭对四种污染物的吸附过程,吸附速度开始由外膜扩散控制,而在后期,内扩散起决定作用。Langmuir等温方程比Freundlich等温方程更适合描述红蓼活性炭对三种污染物的吸附热力学特性,且吸附是自发的；对染料和Pb（Ⅱ）的吸附过程是吸热的,对2,4-二氯酚是放热的。HCl对吸附Pb（Ⅱ）的红蓼活性炭有较好的解吸效果,NaOH和乙醇适用于对2,4-二氯酚的解吸,红蓼活性炭具有有较好的再生利用潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 染料废水的危害及其处理现状
• 1.1.3 重金属废水的危害及其处理现状
• 1.1.4 酚类废水的危害及其处理现状
• 1.2 活性炭研究现状
• 1.2.1 活性炭概述
• 1.2.2 活性炭在水处理中的应用
• 1.2.3 活性炭的制备
• 1.3 红蓼的应用现状
• 1.4 研究目的与内容
• 第2章 红蓼活性炭的制备和表征
• 2.1 试验器材
• 2.1.1 主要材料及试剂
• 2.1.2 主要仪器
• 2.1.3 红蓼活性炭（PLAC）的制备及其表征
• 2.2 红蓼活性炭（PLAC）的表面特性分析
• 2.2.1 空隙和微晶结构
• 2.2.2 比表面积与孔径分布
• 2.2.3 表面化学结构
• 2.3 本章小结
• 第3章 红蓼活性炭对染料废水的吸附特性研究
• 3.1 试验部分
• 3.1.1 主要材料及试剂
• 3.1.2 主要仪器
• 3.1.3 试验内容
• 3.2 分析方法
• 3.2.1 染料浓度及活性炭吸附量的测定
• 3.2.2 吸附动力学研究
• 3.2.3 吸附热力学研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 吸附时间及初始浓度的影响
• 3.3.2 吸附剂投加量的影响
• 3.3.3 溶液pH的影响
• 3.3.4 离子强度的影响
• 3.3.5 吸附动力学研究
• 3.3.6 吸附热力学研究
• 3.3.7 解吸试验
• 3.4 小结
• 第4章 红蓼活性炭对重金属废水的吸附特性研究
• 4.1 试验部分
• 4.1.1 主要材料及试剂
• 4.1.2 主要仪器
• 4.1.3 试验内容
• 4.2 分析方法
• 4.2.1 Pb（Ⅱ）浓度及活性炭吸附量的测定
• 4.2.2 吸附动力学研究
• 4.2.3 吸附热力学研究
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 掩蔽试验
• 4.3.2 吸附时间及初始浓度的影响
• 4.3.3 吸附剂投加量的影响
• 4.3.4 溶液pH的影响
• 4.3.5 离子强度的影响
• 4.3.6 吸附动力学研究
• 4.3.7 吸附热力学研究
• 4.3.8 解吸试验
• 4.4 小结
• 第5章 红蓼活性炭对2,4-二氯酚的吸附特性研究
• 5.1 试验部分
• 5.1.1 主要材料及试剂
• 5.1.2 主要仪器
• 5.1.3 试验内容
• 5.2 分析方法
• 5.2.1 2,4-二氯酚浓度及活性炭吸附量的测定
• 5.2.2 吸附动力学研究
• 5.2.3 吸附热力学研究
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 吸附时间及初始浓度的影响
• 5.3.2 吸附剂投加量的影响
• 5.3.3 溶液pH的影响
• 5.3.4 离子强度的影响
• 5.3.5 吸附动力学研究
• 5.3.6 吸附热力学研究
• 5.3.7 解吸试验
• 5.4 小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表