廢舊棉織物制備活性炭纖維及其吸附性能的研究.pdf

1、本文以廢舊棉織物為原料，在硫酸水熱條件下，研究棉纖維的形貌和結(jié)構(gòu)變化過(guò)程。然后，結(jié)合活化工藝，通過(guò)硫酸預(yù)處理后高溫活化制備活性炭纖維。并對(duì)自制的活性炭纖維優(yōu)化改性，研究其對(duì)分散染料模擬廢水的吸附性能及吸附動(dòng)力學(xué)。
　　在較低溫、硫酸水熱密閉環(huán)境中，棉纖維的化學(xué)和晶體結(jié)構(gòu)被破壞，使之碳化，產(chǎn)物主要以無(wú)定型碳的形態(tài)存在，微觀形貌主要為球形，反應(yīng)條件為溫度160℃，時(shí)間8h，棉纖維添加量0.16g/100mL時(shí)，產(chǎn)物粒徑均勻分布在2-3

2、μm左右，伴有少量納米級(jí)的球形顆粒，且其表面有羥基、羰基等豐富的官能團(tuán)。
　　通過(guò)硫酸預(yù)處理后高溫活化制備出活性炭纖維，采用設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝過(guò)程，以碘吸附值為標(biāo)準(zhǔn)，確定最佳工藝條件為硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)60％，碳化溫度700℃，浸漬時(shí)間5h，碳化時(shí)間60min。碘吸附值為1034.6mg/g，吸附性能良好。
　　通過(guò)元素分析、SEM圖、XRD圖譜、FT-IR圖譜、熱重分析、N2吸附脫附等溫線可知，經(jīng)硫酸預(yù)處理的棉纖維的熱解過(guò)程大

3、致分為脫水干燥、過(guò)渡、炭化、煅燒四個(gè)階段，制得的活性炭材料以無(wú)定型碳的形態(tài)存在，基本保持纖維形態(tài)，保留中腔結(jié)構(gòu)，表面有豐富、密集的微孔結(jié)構(gòu)，SBET為1552.58m2.g-1，總孔體積Vt為0.5812cm3.g-1，平均孔徑為0.9821nm，0.7nm以下的極微孔占了絕大部分，其累積孔容占微孔總?cè)莘e的70％以上，其表面含有羥基、酚、羰基等豐富的官能團(tuán)。
　　通過(guò)硝酸改性自制的活性炭纖維，采用設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝過(guò)程，以脫色率

4、以為標(biāo)準(zhǔn)，確定最佳工藝條件為硝酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%，溫度為40℃，時(shí)間為5h。
　　通過(guò)SEM圖、XRD圖譜、FT-IR分析、Boehm滴定法、BET、H-K計(jì)算結(jié)果可知，改性前、后活性炭纖維均保持纖維形態(tài)，表面有豐富、密集的微孔結(jié)構(gòu)，改性后活性炭纖維的表面更為粗糙，溝壑明顯，同時(shí)孔隙結(jié)構(gòu)的尺寸增大，改性后活性炭纖維的比表面積減小了93.95m2.g-1，孔容的增加了0.1201cm3.g-1，平均孔徑也增加了0.4256nm，在0

5、.6nm的峰值明顯減弱，0.7nm-1.9nm之間的微孔整體增多。同時(shí)，活性炭纖維載體產(chǎn)生了部分石墨化，由于其層狀結(jié)構(gòu)，活性炭纖維載體的穩(wěn)定性提高，表面官能團(tuán)如羧基、內(nèi)酯基、酚羥基的含量均增加，其中羧基含量增加幅度最大。
　　對(duì)模擬的分散紅玉染料廢水在投炭量為2g/L、染料廢水初始濃度在100mg/L、吸附溫度40℃、吸附時(shí)間60min的條件下進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。改性前、后的自制活性炭纖維對(duì)模擬分散紅玉染料廢水的吸附大致可以分為吸附初期

6、（0-15min）、吸附中期（15min-90min）、吸附末期（90min-120min）三個(gè)階段，60min內(nèi)基本完成吸附。改性前的自制活性炭纖維平衡吸附量為339mg/g，改性后為459mg/g，比改性前提高了120mg/g，偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能很好地反應(yīng)自制的活性炭纖維對(duì)分散紅玉染料的吸附機(jī)理，該吸附過(guò)程包含化學(xué)吸附和物理吸附，并且，化學(xué)吸附占主要地位，吸附過(guò)程受外部液膜擴(kuò)散、表面吸附、顆粒內(nèi)擴(kuò)散等一系列因素的影響。
　　研