论文摘要
活性炭纤维（Activated Carbon Fiber,ACF）是20世纪60年代发展起来的一种性能优于粉末活性炭和颗粒活性炭的新型吸附材料。由于其孔径分布窄、微孔丰富、具有大的比表面积、独特的表面化学性质和吸附脱附速度快等特点,近些年来得到了迅速发展,广泛应用于废气处理、水处理等领域。本课题对活性炭纤维吸附污染物的性能进行了研究,并为了进一步提高其吸附能力,对它进行了表面化学改性,研究了改性前后活性炭纤维吸附水体中磷的性能。实验以粘胶基活性炭纤维为吸附剂,考察了其吸附水中污染物的能力,本论文主要分为以下4部分:1.对活性炭纤维进行了表征:利用低温液氮吸附等温线对ACF的孔隙分布进行了分析;用扫描电镜（SEM）和XRD研究了其表面结构形貌。通过测定知ACF表面带负电,比表面积达1107 m2/g,碘吸附值为1146 mg/g,总孔容积为0.547cm3/g。2.研究了活性炭纤维对模拟废水中苯酚、对氯苯酚、对硝基苯酚的吸附特性。本文通过静态吸附试验,从吸附热力学探讨了ACF对苯酚、对氯苯酚、对硝基苯酚模拟废水的机理,计算了有关的热力学函数,研究了吸附时间、投加量、pH值对处理效果的影响。结果表明ACF对它们的吸附速率很快,1min的吸附量就可以达到饱和吸附量的99%以上,30分钟后,吸附基本达到平衡。在酸性条件下的吸附效果较好,去除率是苯酚（87%）＜对氯苯酚（96%）＜对硝基苯酚（99%）。在相同的吸附条件下ACF对这三种物质的去除效果都比活性炭好,且都大于80%,而活性炭的去除率都不到50%。通过吸附的热力学函数发现,ACF对这三种物质的吸附都是自发的放热反应,属于物理吸附,吸附等温线能用Dubinin-Radushkevich方程较好地拟合。3.研究了活性炭纤维对模拟废水中Pb2+,Cu2+的吸附特性。考察了吸附剂的用量,吸附时间,以及体系pH值等不同的吸附条件下,活性炭纤维对Pb2+,Cu2+离子的吸附效果。结果表明在25℃时ACF对Pb2+,Cu2+的吸附平衡时间分别为90min和180min。pH值对ACF吸附金属离子有较大影响,pH值越高,水中Pb2+、Cu2+的去除率越高。由吸附速率常数求出的ACF对Pb2+、Cu2+的表观吸附活化能分别为30.92kJ/mol和9.47kJ/mol,表明ACF对它们的吸附属于物理吸附。从吸附等温线可以看出,在所测定的温度范围内,温度对Pb2+的吸附效果的影响不大,但对于Cu2+来说温度越高吸附效果越好。它们的吸附等温线更符合Langmuir型,属于单分子层吸附。ACF对Pb2+、Cu2+的吸附热力学函数△G＜0,表明ACF对它们的吸附属于自发反应,△H的绝对值均在＜30 KJ/mol范围内,吸附均属于物理吸附。4.ACF的改性:为了提高活性炭纤维对水体中磷的吸附性能,采用硫酸亚铁溶液对其进行改性,用正交实验法分析得到最佳改性条件为:pH值为3,FeSO4·7H2O的质量浓度为100kg/m3,FeSO4·7H2O和ACF的质量比为2.5,反应时间3h。将改性后的ACF对模拟含磷废水进行静态吸附,拟合了其吸附等温线,研究了吸附时间、投加量、pH值对处理效果的影响。实验结果表明,改性后ACF的类石墨微晶层面被破坏,其表面不规则地负载了Fe的化合物,使微孔数量减少,比表面积降低,正电性提高。改性后ACF对磷的吸附效果较好,去除率可以达到99%。