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盐酸改性椰壳活性炭对甲苯的吸附性能

发布时间:2020-09-09 浏览

摘要:研究了改性椰壳活性炭对甲苯的吸附效率,证明盐酸改性可以有效提高椰壳活性炭对于甲苯的吸附效率,浸渍溶液的酸性越强则效率越高。硫酸、硝酸和柠檬酸改性的椰壳活性炭的吸附效率也有所增加。经过扫描电子显微镜的分析,椰壳活性炭具有发达的孔结构,部分位置具有均匀的孔结构,孔径约为5-10μm。

椰壳为棕榈科植物椰子的肉果皮,含木质素36.51%、纤维素53.06%、戊聚糖29.27%,质地坚硬。将椰壳炭化后再活化,可得到椰壳活性炭,是一种具有高附加值的椰壳利用途径。椰壳活性炭是一种应用非常广泛的多孔吸附材料,外观为黑色,呈破碎状,具有孔隙发达、吸附性能好、强度高、易再生、经济耐用等优点,主要应用于饮用水、纯净水、制酒、饮料、工业污水的净化、脱色、脱氯、除臭。将多孔材料利用化学物质进行表面和孔结构的改性,是提高吸附剂性能的重要方法之一。将活性炭材料用酸性物质改性,可以改变表面官能团的种类和数量,从而改变活性炭的表面结构和吸附性能,是提高活性炭材料利用效率的有效途径,也是活性炭行业的研究方向。

近年来室内空气污染越来越严重,其中甲苯是一种危害较大、存在较为普遍的室内空气污染物。采用活性炭作为吸附剂对甲苯进行处理是常见的室内空气净化手段,目前在飞利浦、松下、夏普和亚都等空气净化器厂家中得到了应用。利用化学物质对椰壳活性炭进行改性,既保留了椰壳活性炭良好的强度和发达的孔结构,又通过化学物质对活性炭的表面官能团进行了调节,可以提高活性炭对于甲苯的吸附效率。

波涛活性炭厂家研究了椰壳活性炭被不同化学物质改性后对甲苯的吸附性能,结果证明:盐酸可以提高椰壳活性炭对于甲苯的吸附效率,并研究了酸的类型和强度对于活性炭吸附效率的影响,具有一定的科学意义和应用前景。

1、材料与方法

椰壳活性炭来自于巩义市波涛净水材料有限公司,未经过进一步处理。活性炭的改性采用浸渍法,将一定比例的化学物质配成溶液,加热至70℃,然后将多孔材料浸渍于其中,1h后过滤分离,固体于120℃烘干后备用。

扫描电子显微镜型号为Hitachi S-4800。椰壳活性炭及其他多孔材料的测试过程如下:将活性炭或其他多孔材料装载在过滤器中,然后将过滤器安装在空气净化机上,将空气净化机置于3m3的玻璃密封舱内,将净化机连接在电源上;然后在玻璃舱内发生定量的污染物,开启舱内的均风装置,待密封舱内的污染物浓度均匀后,开启空气净化机,用甲醛和甲苯气体分析仪每隔1min记录污染物的浓度。

2、结果与分析

2.1椰壳活性炭的吸附效率

发达的孔结构是吸附剂具有较高效率的决定性结构因素,常见作为吸附剂的多孔材料有活性炭、活性氧化铝、沸石、分子筛、麦饭石等。椰壳活性炭是常见吸附剂,对很多气体都有非常好的吸附效果。由图1可知,几种多孔材料中,椰壳活性炭对甲苯的吸附性能较好,分子筛对甲苯的吸附效果也较高,而麦饭石对甲苯的吸附效果很差,10min内甲苯浓度基本不变化。多孔材料对于甲苯的吸附主要取决于其孔结构的多少,比表面积较高的椰壳炭材料的吸附性能较好。

盐酸改性椰壳活性炭对甲苯的吸附性能

2.2椰壳炭改性后的吸附效率

通过化学物质浸渍,可以改变多孔材料的孔结构和表面结构。对于椰壳活性炭,一些具有一定腐蚀性的化学物质,如:盐酸、氢氧化钠、双氧水等可以腐蚀其孔结构,进而产生更多的孔,有效提高其吸附性能;另外,这些化学物质可以改变椰壳活性炭表面官能团的类型和数量,进而影响椰壳活性炭对于甲苯的吸附性能。但是,化学物质通过浸渍后会留在椰壳活性炭的孔结构或者表面,则有可能堵塞活性炭本来的孔结构,反而造成吸附能力的下降。

盐酸改性椰壳活性炭对甲苯的吸附性能

由图2可知,氢氧化钠改性后椰壳活性炭的吸附性能下降,可能是由于氢氧化钠在烘干后留在活性炭材料的孔和表面,堵塞了一部分孔结构。双氧水和盐酸改性后的椰壳活性炭的吸附性能都有一定程度提高,其中盐酸改性的椰壳活性炭吸附效果更好,说明酸性物质可以改变椰壳活性炭表面官能团的种类和数量,进而改变活性炭的吸附性能。

盐酸改性椰壳活性炭对甲苯的吸附性能

从图3可以看出,柠檬酸处理的活性炭的吸附性能较差,可能是由于柠檬酸的酸性较弱,不能有效改变活性炭的孔结构和表面官能团。几种强酸中,盐酸改性的活性炭对于甲苯的吸附效果较好,硫酸和硝酸较为接近,具体原因可能是硫酸和硝酸的腐蚀性和氧化性较强,而活性炭具有较强的还原性,二者在浸渍过程中发生了反应,酸性物质反应后难以有效改变活性炭表面的官能团种类和数量,效果比盐酸差。

盐酸改性椰壳活性炭对甲苯的吸附性能

从图4可以看出,活性炭对于甲苯的吸附效率随着盐酸浓度的增加而上升。未改性椰壳活性炭对于甲苯的去除效率为68%,而15%盐酸处理的椰壳活性炭的吸附效率为87%,证明盐酸的改性有效提高了椰壳活性炭的吸附效率。

2.3椰壳活性炭的表面形貌

盐酸改性椰壳活性炭对甲苯的吸附性能

从图5-a可以看出,椰壳活性炭的表面存在很多孔结构,较大的孔直径和形状并不规整。在部分椰子壳有缺陷的部位,在缺陷的断面处可以看见较多的小孔,孔结构比表面更多,说明在活化过程中,缺陷位置更容易活化,在缺陷的孔道和活性炭颗粒的交界地带,孔结构尤其发达,可以清楚地观测到一些活化过程中过度腐蚀形成的骨架结构(图5-b)。活性炭结构的孔分布较宽,微孔、中孔和大孔都较为发达,一般大孔的孔壁都有小孔存在,即“大孔套小孔的结构”,由图5-c、d可以清晰地观察到大孔的孔壁上有更小的孔存在,而且大孔和小孔的孔径分布都比较窄。图5-e可以看到活性炭材料的部分位置存在发达的孔结构,孔径也很均匀,从孔壁上可以看出活性炭骨架结构基本排布成网状,横向和纵向的孔都比较多,直径约为5-10μm。

3、结论

对比活性氧化铝、分子筛和麦饭石等多孔材料,椰壳活性炭对于甲苯具有更好的吸附效果,在3m3测试舱内10min的净化效率大于95%。椰壳活性炭经过盐酸改性后对甲苯的吸附性能提高较大,而经过氢氧化钠改性后吸附能力则有所下降。在酸性物质中,盐酸改性后椰壳活性炭对于甲苯的吸附效率提高较多,而硫酸、硝酸和柠檬酸的改性效率较盐酸差。椰壳活性炭具有发达的孔结构,孔壁上有较多更小的孔存在,部分位置有大小非常均匀的孔,直径约为5-10μm。

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