微波法制备秸秆活性炭及其对甲苯吸附性能的研究

【摘要】：我国是农业大国，农作物秸秆产量大、分布广、种类多，长期以来一直是农民生活和农业发展的宝贵资源。但是目前农业废料在生活和生产中由于品位不高、成分复杂很难进行二次开发利用，同时缺乏政策性引导和资金的投入，致使农业废料出现严重堆积、填埋、焚烧等现象，不仅造成资源浪费还严重污染着环境制约人类的发展。同时，传统活性炭原材料单一、价格昂贵、制备工艺复杂、能耗较高，使得传统活性炭价位居高不下。 本课题选取典型农村秸秆废弃物—小麦秸秆作为原料，研究小麦秸秆制备活性炭寻求改变传统活性炭原材料单一的格局，并采用微波制备工艺降低能耗，达到废弃物的二次利用、以废治废的目的。 本实验通过单因素试验和正交试验分别考察了不同的活化剂、不同的浸渍质量比、不同的微波功率和不同的活化时间等因素对制备活性炭性能的影响，并通过比表面积和孔径分析获取最佳的制备工艺条件。结果表明用氯化锌为活化剂的最佳制备工艺条件为：微波功率500W，浸渍质量比1:2、活化时间为4min，此时制得的活性炭的比表面积最大为1230m2/g，制备工艺条件对活性炭比表面积大小影响程度为：微波功率活化时间浸渍质量比。 通过自制秸秆活性炭的表征可知：自制秸秆活性炭具有丰富的微孔结构、孔道打开、碳骨架清晰；自制秸秆活性炭含有较少的含氧官能团说明吸附主要是以物理吸附为主；氯化锌在秸秆活性炭的制备过程中出了支撑碳骨架外还降低了秸秆活化的活化能。 本实验研究了自制活性炭和商品活性炭对甲苯的吸附性能。通过改变床层高度、甲苯的初始浓度、气体的线速度研究不同条件下的吸附性能。实验表明：活性炭对甲苯的吸附量随初始浓度、床层高度的增加而增加，随气体线速度的减小呈现略微下降趋势，单位面积秸秆活性炭和商品活性炭吸附甲苯量分别为0.267、0.276mg/m~2表明秸秆活性炭和商品活性炭吸附量相当，实现了秸秆的资源化、以废治废的目的。 通过绘制甲苯的吸附等温线，并对其进行朗格缪尔（langmuir）、费劳德里希（freundlich），方程进行线性拟合可以得出活性炭对甲苯的吸附属于第一类曲线，langmuir方程比freundlich方程拟合效果更好相关系数R2达到0.99778，说明Langmuir方程更适合描述甲苯在秸秆活性炭上的吸附行为。 【关键词】：微波 秸秆 活性炭 甲苯 吸附
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X712;X701
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-30
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 秸秆的结构与组成10-11
• 1.2.1 秸秆的组成10-11
• 1.2.2 秸秆与木材的对比11
• 1.3 秸秆的综合利用11-12
• 1.4 秸秆开发中存在的问题12-13
• 1.5 挥发性有机物的危害与治理13-23
• 1.5.1 挥发性有机物的定义及来源13-14
• 1.5.2 挥发性有机物的危害14-16
• 1.5.3 挥发性有机物的控制16-23
• 1.6 吸附的基本概念23-26
• 1.6.1 吸附的相关概念23
• 1.6.2 吸附剂23-24
• 1.6.3 等温吸附线24-26
• 1.6.4 等温吸附方程式26
• 1.7 微波加热技术26-29
• 1.7.1 微波加热原理27
• 1.7.2 微波加热特点27
• 1.7.3 国内外微波加热研究现状27-29
• 1.8 本课题研究的主要内容29-30
• 2 实验材料和方法30-36
• 2.1 实验材料30-32
• 2.1.1 秸秆来源30
• 2.1.2 样品分析30
• 2.1.3 实验试剂30-31
• 2.1.4 甲苯理化常数31
• 2.1.5 实验仪器31-32
• 2.2 实验装置32
• 2.3 实验方法32-33
• 2.4 实验相关的分析方法33-36
• 2.4.1 秸秆活性炭的产率33
• 2.4.2 甲苯浓度的检测33
• 2.4.3 样品扫描电镜的测定33
• 2.4.4 样品比表面积及孔径结构的测定33-34
• 2.4.5 样品傅里叶孔外的测定34
• 2.4.6 样品的热重分析34
• 2.4.7 秸秆含水率的测定34
• 2.4.8 样品挥发分的测定34
• 2.4.9 样品灰分的测定34-35
• 2.4.10 样品固定碳的测定35-36
• 3 秸秆活性炭的制备36-52
• 3.1 引言36
• 3.2 制备流程36
• 3.3 秸秆成分分析36
• 3.4 单因素实验36-40
• 3.4.1 活化剂的筛选37
• 3.4.2 微波功率的影响37-38
• 3.4.3 浸渍质量比的影响38-39
• 3.4.4 活化时间的影响39-40
• 3.5 多因素试验40-43
• 3.5.1 正交试验设计40-41
• 3.5.2 正交试验结果41-43
• 3.6 微波升温曲线43-44
• 3.6.1 微波功率校准43
• 3.6.2 微波的升温曲线43-44
• 3.7 秸秆活性炭的表征44-51
• 3.7.1 秸秆炭元素分析44
• 3.7.2 扫描电镜分析44-46
• 3.7.3 秸秆活性炭的热重曲线分析46-48
• 3.7.4 秸秆活性炭的孔结构分析48-49
• 3.7.5 秸秆活性炭的红外分析49-51
• 3.8 本章小结51-52
• 4 秸秆活性炭吸附甲苯性能的研究52-62
• 4.1 实验目的52
• 4.2 实验装置图52-53
• 4.3 饱和吸附量53
• 4.4 实验内容53-54
• 4.5 实验结果与讨论54-61
• 4.5.1 秸秆活性炭和商品活性炭性能比较54-55
• 4.5.2 甲苯初始浓度对活性炭吸附性能的影响55-56
• 4.5.3 填充层高度对甲苯吸附量的影响56-57
• 4.5.4 气体线速度对甲苯吸附性能的影响57-58
• 4.5.5 秸秆活性炭吸附甲苯等温线58-61
• 4.6 本章小结61-62
• 5 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69

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