硝酸改性对煤基电极材料结构及吸附性能的影响

为了提高煤基电极材料的吸附性能,采用不同浓度的硝酸对其进行改性处理,研究了煤基电极材料孔结构、电化学性能及电吸附处理氰化废水的变化规律。采用低温(77 K)N2吸附法、循环伏安测试等手段对煤基电极材料的孔径分布及电化学性能进行了分析表征。结果表明,随着硝酸浓度的增大,煤基电极材料的比表面积、总孔容和微孔率均呈现先增大后减小的趋势,而其质量比电容逐渐增大,交流阻抗逐渐减小。质量分数为40%的硝酸活化后的煤基电极材料具有发达的孔隙结构,比表面积达325 m^2/g,平均孔径为1.899 nm~,总孔容达0.162 cm^3/g,作为电极材料时其质量比电容为120.576 F/g。以硝酸活化后的煤基电极材料为阴阳极,采用电吸附技术处理氰化废水,溶液中各离子的去除率随硝酸浓度的增大而增加,硝酸质量分数为40%时废水处理效果最好。

KOH溶液浸渍法活化处理煤基电极材料的研究

采用KOH溶液浸渍法对夹杂碳纤维的煤基电极材料(CBCF)进行活化处理,主要研究了KOH浓度对CBCF结构与性能的影响规律,确定了最佳工艺条件与技术参数。并利用SEM-EDS、FT-IR、N2吸附仪等对煤基极板的形貌特征、表面官能团及孔径结构进行分析表征。研究结果表明,随着KOH浓度的增加,CBCF表面性能、孔结构以及电化学性能均得到了极大的改善。随着KOH浓度的升高,CBCF的循环伏安曲线的面积逐渐增大,而体系的传质阻抗则逐渐减小。以CBCF为主电极,活性炭为粒子电极,采用三维电极体系处理氰化废水,当电压为4 V、时间为5 h、极距为10 mm时,废水中总氰、游离氰去除率达到94%以上。

KOH添加量对煤基电极材料结构与性能的影响

采用KOH-HNO_3联合法对自制煤基电极进行改性处理,主要研究了KOH添加量对煤基电极材料结构和吸附性能的影响.采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)和N_2吸附法对煤基电极的形貌特征、表面官能团及孔径分布进行分析表征.研究表明:随着KOH添加量的增加,煤基电极材料的碘吸附值逐渐增大,而抗压强度与收率则逐渐减小,比表面积、总孔容和微孔孔容逐渐增大.当KOH添加量为15%(质量分数)时,碘吸附值达810.8mg/g,抗压强度为4.47 MPa,活化收率为59.5%,比表面积为377 m^2/g,总孔容为0.187cm^3/g,微孔孔容为0.160cm^3/g,微孔率达到85.56%.微孔和中孔数量及表面含氧官能团的增加,导致形成发达的蜂窝状孔结构,有利于电解液进入形成双电层结构.电化学测试表明,KOH添加量越大,煤基电极的扩散阻抗越小,比电容越大.以煤基电极为阴阳极,活性炭为粒子电极,采用三维电极体系处理氰化废水,当电压为4V、时间为5h时,处理后的废水中离子的去除率均达到95%以上.

KOH添加方式对煤基电极材料结构及性能的影响

采用低变质粉煤的成型热解KOH-HNO3联合活化技术制备煤基电极材料(CEM),考察活化剂粉末直接添加方式和溶液浸渍添加方式对煤基电极材料结构及性能的影响,将两种添加方式所对应的两组实验分别记为P组和S组。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)和N2吸附法对煤基电极材料的微观形貌特征、表面官能团组成及孔隙结构、孔径分布进行分析表征,并对其电化学性能进行测试。结果表明:添加方式对材料收率及微孔率的影响表现在两个方面,在KOH添加量为5%~15%(质量分数)时,热解产物收率变化很小,P组实验生成CEM的微孔发育程度相对较好,在KOH添加量为20%时,P组实验生成CEM的酸化收率整体偏低,S组实验生成CEM的抗压强度和碘吸附值整体偏高,溶液浸渍方式更有利于微孔结构的发展;在P15试样和S15试样的电化学性能对比测试中,S15试样具有较大的比电容,内阻为2.05Ω,电荷转移电阻较低;KOH在浸渍阶段可先行与煤中含酸性官能团有机物发生降解反应,K+优先进入煤料的大分子结构中,从煤料内部基质产生初级微孔结构,在后续热解过程中增强了活化效果,孔径分布和孔道布局更加合理,实现较高离子迁移效果;S20试样的抗压强度为3.96 MPa,碘吸附值为987 mg/g,微孔率可达87.62%,比表面积为487.21 m2/g、总孔容为0.173 cm3/g,微孔孔容为0.152 cm3/g,平均孔径1.931 nm。

煤基电极材料吸附性能优化处理氰化废水研究

以碘吸附值为响应,采用JMP软件定制设计优化煤基电极材料吸附性能。重点研究了热解终温、升温速率及添加剂比例对其吸附性能的影响规律,确定了优化制备条件及技术参数,并将其应用到氰化废水的处理过程。研究表明:热解终温是影响煤基电极材料吸附性能的显著因素,预测模型相关系数R2=0.999 7,刻画最优热解终温900℃,升温速率5℃/min,添加剂比例(质量分数)为20%,碘吸附值的预测值401 mg/g与验证实验平均值408mg/g吻合较好。以优化后的煤基电极材料为阴阳极,采用三维电吸附体系处理氰化废水,废水中CNT,CN-,Cu,Zn,SCN-的去除率分别为76.21%,77.86%,78.93%,66.78%和77.54%,达到较好的吸附去除效果。煤基电极材料的优化制备可用于提高废水中有害离子的去除率。

超声辅助活化煤基电极材料的研究

采用超声辅助活化提高煤基电极材料的吸附性能,并利用扫描电子显微镜(SEM)观测煤基电极材料的形貌特征,N2物理吸附法检测孔径参数。结果表明,随着KOH质量分数的增加,煤基电极材料的抗压强度呈现降低趋势,而碘吸附值逐渐增大,最高可达741.44 mg/g。选择超声辅助、KOH质量分数为15%的煤基电极材料进行氰化废水吸附处理,其比表面积为386m^2/g,总孔容为0.192 cm^3/g,微孔孔容为0.170 cm^3/g,微孔率达到88.31%。以煤基电极材料为阴阳极组建三维电极体系处理氰化废水,外加电压为4 V,吸附时间为4 h,废水中各离子的去除率均达到95%以上。