木质素基高比表面积活性炭的制备及其电化学性能研究

将杨木先经过CO_(2)辅助水热预处理,再用对甲苯磺酸溶液处理,分离得到高纯度酸溶性木质素(AHL)。以AHL为前驱体,分别采用H_(3)PO_(4)法和KOH法制备了孔隙结构发达的活性炭AHLAC-H_(3)PO_(4)和AHL-AC-KOH,通过多种技术手段对活性炭的结构进行了表征,并对比研究了其作为超级电容器电极材料时的电化学性能。结构表征结果表明:AHL-AC-H_(3)PO_(4)和AHL-AC-KOH的比表面积分别为2490和3344 m^(2)/g,总孔容分别为1.24和1.74 cm^(3)/g。电化学性能测试结果表明:随着电流密度从0.5 A/g增大到10 A/g时,AHL-AC-H_(3)PO_(4)的比电容由241.24 F/g下降至83.95 F/g,电容保持率仅为34.80%;而AHL-AC-KOH的比电容由269.19 F/g下降至229.76 F/g,电容保持率为85.35%。AHL-AC-H_(3)PO_(4)的充/放电行为可逆性和倍率性能较差,电阻较大;而AHL-AC-KOH具有典型的双电层电容和法拉第快速氧化还原反应特性,并展现出高度可逆的充/放电行为,且具有良好的倍率性能和较小的电阻。

钢渣/氮掺杂改性活性炭催化过硫酸盐降解罗丹明B

以提高钢渣资源化利用和深度降解有机污染物为研究目标,通过改变氨气煅烧温度制备了系列钢渣/氮掺杂改性活性炭复合材料,并用于催化过硫酸钠处理罗丹明B(RhB)废水。同时采用N2吸附/脱附、XRD、XPS等手段对复合材料的孔结构和表面性质进行了表征。结果表明:氮元素的引入可改善复合材料中活性金属与活性炭之间的相互作用,从而提高复合材料的催化活性。以最优复合材料60%GZ/AC-N800为研究对象,在反应温度为35℃、PS加量为2 g/L和宽pH(3~11)操作条件下,反应30 min后罗丹明B(100 mg/L)的去除率可达88.7%~92.2%。动力学分析发现,60%GZ/AC-N800复合材料催化PS降解RhB符合准二级动力学。自由基掩蔽实验发现,该降解过程是自由基途径(SO_(4)^(·-)和·OH)和非自由基途径(^(1)O_(2))共同参与反应的氧化过程。

活性炭气相吸附过程中安全性研究进展

挥发性有机物(VOCs)是目前我国造成大气污染的主要因素,主要来源于工业排放,VOCs包括烃、醛、醇、醚、酮、酯、羧酸等。活性炭吸附VOCs已成为目前的主要环保技术,然而,在活性炭吸附VOCs过程中,由于吸附热的产生容易导致活性炭床层温度升高,从而引发活性炭床层起火是重大安全隐患。因此,本文从活性炭的结构、性质,吸附操作方式和条件,以及VOCs组分等方面,具体综述和分析活性炭的生产原料、制备方法和后处理过程等影响活性炭着火点的主要因素,以及气流的湿度、氧气含量等性质,气体流速、活性炭床层厚度、吸附工况等吸附工艺对活性炭床层温升产生的影响,为系统掌握和评价活性炭在气相吸附过程中应用安全性提供了参考。在此基础上,针对活性炭吸附床吸附净化含VOCs废气的安全使用提出了具体的建议。最后,指出了在该领域还存在的主要技术问题。

活性炭制备的研究进展

本文系统评述了近年来活性炭的主要制备方法,其中:化学活化法可短时间制备出高比表面积的活性炭,但会带来较严重的污染;与化学活化法相比,物理活化法具有工艺简单、清洁等优点,但所制备活性炭的孔结构较低,吸附性能偏弱;物理-化学活化法结合物理活化法和化学活化法两种方法的优点,可调节活性炭结构,制备出合适的活性炭;微波加热活化法不仅可以降低预处理成本,还可以提高加热速率。本文还比较了不同改性方法的优劣,并对高比表面积活性炭的发展前景进行了展望。

颗粒活性炭对亚甲基蓝的吸附与再生研究

为推进颗粒活性炭在染料废水治理中的应用,采用自制的木质素基颗粒活性炭吸附亚甲基蓝(MB),考察了MB初始质量浓度、吸附温度和溶液pH值对吸附过程的影响,并利用吸附等温线和动力学对吸附过程进行了探讨,最后探索了活性炭的再生性能。研究结果表明:颗粒活性炭更适合高浓度MB吸附,吸附速率随溶液初始质量浓度的降低而降低;平衡吸附量受吸附初始质量浓度、吸附温度的影响较大,最佳吸附温度25℃,受溶液pH值影响较小。颗粒活性炭对MB的吸附等温线遵循Langmiur模型,吸附过程符合准二级动力学模型,颗粒内扩散模型分析表明内扩散及外扩散都是吸附的限速因素。吸附后活性炭在300℃热再生30 min,颗粒活性炭的MB吸附值可达240 mg/g,恢复达初始样品的94.12%,反复吸附再生4次后,颗粒活性炭的MB吸附值仍保持在85%以上。

基于9,10-二氢蒽强化的掺氮活性炭催化松木热解制备烷氧基酚研究

本研究以核桃壳基掺氮活性炭(NAC)为催化剂、以9,10-二氢蒽(DHA)为供氢剂,开展了松木选择性热解制备烷氧基酚研究,探究了氨水质量分数对NAC理化性能的影响,揭示了DHA/松木比、热解温度、NAC/松木比对烷氧基酚生成的调控机制。结果表明,合适的氨水质量分数能够改善NAC孔隙结构及活性位点分布,当氨水质量分数为15%时,所制备NAC对烷氧基酚的生成促进效果最佳;当DHA/松木比为1、热解温度为550℃、NAC/松木比为3时,烷氧基酚产率最大,为5.27%,明显高于纯松木直接催化热解时烷氧基酚产率(1.74%)。

家用活性炭滤芯与反渗透膜滤芯对饮用水中全氟化合物的去除性能试验

饮用水中普遍检出全氟化合物(PFASs)。该研究以4种典型的PFASs,即全氟丁基羧酸(PFBA)、全氟己基磺酸(PFHxS)、全氟辛基羧酸(PFOA)及全氟辛基磺酸(PFOS)为目标物质,以活性炭滤芯及反渗透(RO)膜滤芯两种常用家庭净水部件为研究对象,测试两种净水材料对PFASs自来水加标水样的去除性能及过滤前后相关水质参数。结果表明,对于活性炭滤芯,PFHxS、PFOA、PFOS在7倍额定总净水量内去除率为72%~86%,PFBA去除率相对较低,且通水量超过2倍额定总净水量后,去除率呈明显下降趋势;PFASs的去除率与高锰酸盐指数、溶解性总固体、无机阴离子等水质参数不相关;对于RO膜滤芯,PFASs的去除率可达90%~100%,PFBA去除率在通水后期呈现缓慢下降趋势;PFHxS、PFOA及PFOS的去除率与溶解性总固体、氯化物、硫酸盐等无机阴离子浓度呈较好的相关性。因此,家用活性炭滤芯、RO膜滤芯对饮用水中的PFASs具有良好的去除效果。研究可为家庭净水装置去除PFASs提供使用参考。

基于活性炭颗粒的圆振动筛主要技术参数优化分析

为验证圆运动振动筛在对活性炭颗粒筛分时,振动筛各运动参数对筛分效率的影响,采用平均筛分效率来代表活性炭筛分效果。采用Box-Behnken响应面分析来研究圆运动振动筛的振动幅度、运动倾角以及振动频率对筛分效果的影响并进行仿真模拟,探讨3个因素之间对活性炭筛分的影响作用。验证结果表明:对筛分效果影响最大的是振动频率,影响最弱的是运动倾角,振动幅度和运动倾角之间具有显著影响作用,在振动幅度为4.21 mm、运动倾角16.07°以及振动频率13.83 Hz时筛分效果达到最大值40.86%。通过该方法优化的圆振动筛,可提高活性炭的筛分效率。

1-MCP协同活性炭处理抑制鲜切胡萝卜木质化形成研究

鲜切胡萝卜在贮藏过程易发生木质化,导致品质下降。为探究1-MCP协同活性炭处理对鲜切胡萝卜木质化抑制保鲜效果,文章分析了乙烯利、活性炭、1-MCP和1-MCP协同活性炭等4种处理方式对鲜切胡萝卜硬度、总酚、抗氧化性、PPO、POD、PAL和木质素含量的影响。结果表明:1-MCP协同活性炭处理显著延缓了胡萝卜硬度下降;在贮藏第10 d总酚含量达0.20 mg GAE·g^(−1),显著高于其他处理组(P<0.05);抗氧化性也保持最高水平;DPPH自由基清除活性为0.90μmol TE·g^(−1);PPO、POD活性分别为0.23 U·g^(−1)和61.08 U·g^(−1),显著低于对照组(P<0.05);PAL活性和木质素含量分别为81.67 U·g^(−1)和65.88 mg·g^(−1),也显著低于对照组(P<0.05)。可见,1-MCP协同活性炭处理可有效抑制鲜切胡萝卜木质化,提升其贮藏品质。

核桃青皮改性活性炭对锌离子的吸附研究

陇南市拥有大量的锌矿和锌冶炼厂,并且拥有大量的核桃青皮资源,基于活性炭对锌离子的吸附作用,本文在不同温度下对核桃青皮进行了炭化,并利用NaCl、HCl和NaOH进行改性,然后考察了不同条件下改性核桃青皮活性炭对含锌废水中锌离子的吸附作用。分析结果表明,500℃条件下炭化的核桃青皮具有最好的吸附性能,记为WP-500;NaOH对WP-500改性效果较好,对锌离子的吸附性能最强,改性后的活性炭记为WP3-500;在WP3-500用量4 g/L、温度30℃、时间30 min的条件下,WP3-500对锌离子的去除率为81.11%,吸附量为10.14 mg/g;动力学分析表明,准一级动力学模型可以描述WP3-500对锌离子的吸附行为,其主要受物理吸附控制;相较于玉米秸秆、花生壳和稻壳等废弃生物炭化制备吸附剂,利用核桃青皮制备活性炭的方法更简单、成本更低,而且对锌离子的去除效果更好。本研究为核桃青皮的资源化利用及废水中锌离子的去除提供了新思路。

改性活性炭对重碳酸矿泉水中镍、钡的吸附研究

以五大连池南饮泉重碳酸矿泉水为对象,通过活性炭改性、重金属吸附技术筛选降低矿泉水中镍和钡含量的方法,考察该方法下不同实验条件对两者去除率影响,以确定改性活性炭对镍、钡吸附的最佳条件。结果表明:硝酸改性可提高活性炭吸附镍、钡能力;通过硝酸改性以后,活性炭投入量和吸附时间对镍、钡去除率的影响显著(P<0.05);投入量45 g,吸附时间210 min,吸附温度10℃时,改性活性炭可将矿泉水中镍含量降低至4.22μg/L,去除率达93.49%;钡含量降低至60μg/L,去除率达78.02%。

基于造纸污泥的活性炭对恩诺沙星的吸附研究

本研究首先从造纸污泥制备炭化物(CCP),再利用磷酸/硝酸混合液活化CCP,制备造纸污泥基活性炭(ACPMS)。将ACPMS用于抗生素恩诺沙星(ENF)的吸附去除。结果表明,ENF在ACPMS上的吸附过程符合朗格缪尔等温线模型和准二阶动力学模型,最大吸附能力为46.8 mg/g,表明ACPMS可以高效吸附ENF,是一种从环境基质中去除抗生素的有效工具。

活性炭负载纳米零价铁/银复合材料对水中铅的吸附性能研究

通过液相还原法,将纳米零价铁(nZVI)和纳米银(nAg)负载到活性炭(AC)上,制备出一种新型复合材料(nAg/nZVI/AC),用于处理含铅废水。结果表明,在pH=7条件下,nAg/nZVI/AC对Pb(Ⅱ)的去除率达到99.7%,比原AC提高了74.28%。同时,银的加入提高了nZVI的反应活性,使吸附更快达到平衡。吸附过程与Langmuir模型(R2为0.972)和准二级动力学模型(R2为0.9219)更吻合。结合热力学分析结果,Pb(Ⅱ)的去除是一个以化学吸附为主的自发过程。

煤基压块活性炭的制备及吸附水溶液中Cr(Ⅵ)的能力研究

为了降低压块活性炭的制备成本,以大同不黏煤为主料,桃山焦煤和重相沥青为黏结成分,以高温煤焦油和水为成型助剂制备压块活性炭。依靠调节配煤比例和改变活化条件来调控活性炭孔结构。利用碘吸附值、亚甲蓝吸附值、耐磨强度等表征活性炭常规性能;研究了样品吸附水溶液中Cr(Ⅵ)的能力,并考察了活性炭再生效率和质量损耗情况。结果表明:在大同不黏煤、桃山焦煤、重相沥青、高温煤焦油和水的配比为51∶24∶9∶7∶9的基础上,活化温度和时间分别为875℃和2.5 h的条件下制备出的压块活性炭性能最优,其耐磨强度为90%,碘吸附值为902 mg/g,亚甲基蓝吸附值为270 mg/g,比表面积为992.6 m^(2)/g;对水溶液中Cr(Ⅵ)最大吸附容量可达27.3 mg/g;质量分数为5%的硝酸溶液对饱和活性炭在50℃条件下再生8 h效果最佳,再生5次以后,其质量损耗率为21%,性能恢复率为70.06%。

后填充活性炭用于高体积性能超级电容器研究

由于具有丰富的孔隙率,活性炭(AC)的密度较低,导致其用于超级电容器储能难以获得高体积性能(能量密度<10.0Wh/L)。报道了一种单宁酸填充/碳化大孔和介孔的策略来提高其密度。结果表明:后填充的AC结晶度变化不大,密度大幅提高(0.55g/cm^(3)增至1.32g/cm^(3)),用作超级电容器电极实现了优异的体积容量性能,包括高容量(249F/cm^(3)),高倍率性能(65.8%)和高能量密度(17.2Wh/L,在1188W/L下)。填充后的AC性能优于原始活性炭(10.1Wh/L,在495W/L下)和一些最近报道的炭基超级电容器。

基于超声改性橡胶籽壳活性炭的制备方法研究

以农业废弃物橡胶籽壳为原料,以KOH为活化剂,与超声处理相结合制备活性炭,通过调整制备处理条件对活性炭的表面结构进行调控,以获得最佳制备条件。采用傅里叶显微红外、扫描电镜、元素分析、热重分析等手段,研究活性炭的物理化学特性,考察其吸附能力,并比较超声预处理与未超声预处理的活性炭的特性。研究得出最优制备条件为:剂料比为1∶1,超声作用时间为60 min,活化时间为60 min,活化温度为700℃。超声预处理后的活性炭(UAC)的亚甲基蓝吸附值为400 mg/g、碘吸附值为1340.2 mg/g、得率达25.9%,总孔容为0.9511 cm^(3)/g,比表面积为1034.5009 m^(2)/g;未经超声预处理的活性炭(NAC)的亚甲基蓝吸附值为300 mg/g,碘吸附值为894.0 mg/g,得率为20.8%,比表面积为690.2461 m^(2)/g,总孔容为0.6830 cm^(3)/g。二者均含羟基、醇羟基、羰基官能团,橡胶籽壳活性炭的氮气吸附等温线为Ⅰ型。KOH活化后的活性炭表面存有大量孔结构,UAC活性炭表面光滑平整,有许多丰富规则的孔结构,优于NAC活性炭。橡胶籽壳的碳(C)含量丰富,经过KOH活化后,UAC和NAC的C含量由原来的56.81%,分别提高到75.97%、64.89%。KOH活化后的样品比橡胶籽壳更加稳定,UAC和NAC样品的总重量分别损失62%和68%之后趋于稳定。综上所述,超声处理制备的活性炭性能更佳,说明超声波的空化效应作用在活性炭结构表面,使其结构发生变化,进而提高其吸附性能、比表面积等。

氨水改性活性炭吸附-水合耦合储存甲烷实验研究

活性炭可以通过碱改性的方法有效提高其对客体分子的储存能力。针对适于吸附-水合耦合储存甲烷的椰壳活性炭进行改性,以氨水为改性剂制备了改性活性炭,对比研究了活性炭改性前后的孔隙结构、表面化学变化及其对甲烷储存性能的影响。表征结果表明:氨改性增加了活性炭的比表面积和微孔容积,并减小了平均孔径;改性还影响了活性炭表面官能团组成,降低了活性炭表面O(氧)元素含量并略微增加了N(氮)元素含量,降低了活性炭表面的极性和亲水性。以原炭和NaOH(氢氧化钠)改性炭为对照组,进行甲烷储量实验和动力学实验,发现用体积分数为0.4%浓氨水改性效果最好,在1℃、8 MPa温压条件下储量能达到16.99 mmol/g,是未改性时的1.2倍,且动力学优秀,诱导时间最短为19 min。

活性炭吸附对参芪扶正稀释液四种指标成分含量的影响

为探索不同批次活性炭对参芪扶正稀释液中指标成分的吸附规律,本文首先建立了腺嘌呤、腺苷、毛蕊异黄酮苷、黄芪甲苷等四种指标成分含量的HPLC检测方法,并进行了方法学考察。结果表明腺嘌呤、腺苷、毛蕊异黄酮苷、黄芪甲苷分别在2.5~15 µg/mL、5~30 µg/mL、5~30 µg/mL、0.1~0.8 mg/mL范围内线性关系良好。吸附动力学实验研究结果表明,不同批次活性炭吸附速率及平衡吸附量均存在较大差异。另外采用拟一级动力学和拟二级动力学对活性炭吸附过程进行建模,发现拟二级动力学能更好地拟合活性炭吸附过程。 To explore the adsorption law of different batches of activated carbon on the indicative constituents in the dilution of Shenqi Fuzheng Diluent, HPLC method for the detection of the content of four indicative constituents, including adenine, adenosine, calycosin 7-o-glucoside, and astragaloside A, was established, and the methodology was evaluated. The results showed that adenine, adenosine, calycosin 7-o-glucoside, and astragaloside A had a good linear relationship in the ranges of 2.5~15 μg/mL, 5~30 μg/mL, 5~30 μg/mL and 0.1~0.8 mg/mL, respectively. The results of adsorption kinetic experiments showed that there were great differences in the adsorption rate and equilibrium adsorption amount of different batches of activated carbon. In addition, the activated carbon adsorption process was modeled by pseudo-first-order kinetics and quasi-second-order kinetics, and it was found that the quasi-second-order kinetics could better fit the activated carbon adsorption process.

稻草秸秆-煤基压块活性炭的制备及工艺优化

为降低压块破碎活性炭的制备成本,以稻草秸秆炭和大同不黏煤为主要原料,利用配煤工艺,经过成型、炭化、H_(2)O_((g))-CO_(2)联合活化成型炭制备压块破碎活性炭。采用碘吸附法、亚甲蓝吸附法以及BET、FTIR和Boehm滴定方法测试和表征不同条件下制备的压块破碎活性炭。实验结果表明,加入适量稻草秸秆炭和H_(2)O_((g))-CO_(2)联合活化对活性炭的碘吸附值和亚甲蓝吸附值均有明显提升作用。Boehm滴定结果表明,活性炭具有丰富的酸性和碱性官能团。当活化温度为900℃、活化时间为2.5 h、H_(2)O_((g))和CO_(2)流量比为2时,制备的活性炭的碘吸附值、亚甲蓝吸附值和比表面积分别达到790 mg/g、262 mg/g和809 m^(2)/g。

紫外光辅助MnFe_(2)O_(4)@活性炭活化过硫酸盐降解盐酸四环素

通过水浴-逆共沉淀法制备磁性催化剂MnFe_(2)O_(4)@AC(MFA),并对其结构和磁性进行了系统表征。结果显示,MnFe_(2)O_(4)纳米颗粒包覆在活性炭(AC)表面,构成了多级孔结构。MFA较AC基体材料的比表面积有所下降,但仍高达176 m^(2)·g^(-1),平均孔径为8.49 nm。MFA的比磁化强度高达38.92 emu·g^(-1),可利用外磁场实现高效固液分离。以MFA为催化剂,在紫外光辅助下活化过硫酸氢钾(PMS)降解盐酸四环素(TC)。研究表明,在紫外光辐照下MFA/PMS体系对TC降解率能够达到97.70%,是无紫外光照射体系的1.2倍;共存阴离子、药剂制度、TC初始质量浓度等因素对系统的催化性能具有显著影响。循环5次之后,降解率仍可达到82.76%。自由基猝灭实验表明,超氧自由基(·O_(2)^(-))和单线态氧(^(1)O_(2))是紫外光辅助MFA/PMS高级氧化体系中的主要活性氧。机理分析表明,MFA的高吸附性为催化降解提供了良好的基础,紫外光辐照和MFA/PMS高级氧化体系的协同效应可显著提升活性基团的生成效率,从而促进了有机分子的降解。