基于物理和化学活化协同的沼渣制备高性能活性炭研究文献综述

 2022-12-28 10:49:40

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

  1. 实验背景

活性炭是一种性质优良的吸附剂,其制备原料来源广泛,大多是固体废弃物或可再生资源。而在我国,作为中医的发源地,中草药在中国的应用日益广泛,中药渣废弃量日渐增加据统计,中国仅植物类药渣年排放量就高达65万多吨,中药渣含水量高且含有一定营养成分,可对境造成污染因此,研究开发能将中药渣资源化利用,同时又不对环境造成危害的技术是目前医药化学和环境科学领域的一个重要课题每年都会生产大量的药渣,利用这些生物质资源转换为高附加值的沼气及有机废弃物是替代不可再生资源的一项重要资源,而在沼气发酵中留下的许多不可被微生物利用的沼渣则会对环境造成影响。根据研究发现,该类沼渣能通过一定手段制备活性炭。本次实验将通过沼渣来制备活性炭。

而对于活性炭,其以优秀的性能越来越收到企业与研究人员的青睐,在各种行业都得到了广泛的应用,但随着工业的发展与时代的进步,企业与研究人员对于活性炭的要求也越来越高,而常规活性炭已经不能满足各个领域的需求,于是孕育而生的超级活性炭以其强大的性能,受到了越来越多的关注。比较而言,常规活性炭由于比表面积较小(比表面积lt;1 500 m2/g),孔径分布较宽(在1 nm~100 nm范围内均有分布)选择吸附性能较差,已经不能够满足各个领域对活性炭的特殊要求,于是超级活性炭应运而生超级活性炭因具有孔隙结构发达,比表面积巨大(比表面积gt;2 000 m2/g)吸附容量大化学性质稳定、表面官能团丰富催化性能稳定、再生后可重复利用等优点,被广泛用于燃料气的吸附存储气体、分离催化剂载体、超级电容器的电极材料等方面。而本次实验将通过一定的条件来制备超级活性炭。

活性炭的制备现在主要分为三个方法,物理活化法,化学活化法,物理-化学联合活化法,

物理活化法是利用用水蒸气、烟道气(主要是其中的CO2)、空气(主要是其中的O2)或者其他混合气作为活化试剂,在较高的温度下这些活化剂与前体炭材料发生氧化还原反应,生成CO、CO2、H2等气体,同时由于堵塞孔隙的物质随着反应的进行,不断被消耗,所以前体炭材料中原本闭塞的间隙不断地扩大,形成孔隙丰富的活性炭。化学活化法是通过选择合适的活化剂,把活化剂与原料混合后,在惰性气体(N2 He等)保护下加热,同时进行炭化和活化的一种方法 其活化温度较低活化时间较短,一般只需几个小时。而本实验使用的是物理-化学联合活化法,在活化前对原料进行化学改性浸渍处理,以提高原料的活性,使得原料内部形成有利于气体活化剂进行刻蚀造孔的传输通道,利用该法可通过控制浸渍比和浸渍时间制得比表面积大且孔径分布合理的超级活性炭。

  1. 实验目的及意义

本实验以NaNH2作为活化剂,以物理-化学联合活化法研究不同质量比的NaNH2,不同炭化温度,不同活化温度等因素对活性炭吸附性能的影响,从而确定沼渣制备超级活性炭的最适条件。

通过将废弃物转换为沼渣再转换为活性炭,实现废弃物的良性回收利用,既解决了废弃物的处理问题,同时也一定程度上的保护了生态环境,有效利用了沼渣的价值。

  1. 实验内容

取1.5g沼渣粉末,所需材料放入手套箱中,关闭手套箱,向手套箱中以一定速率充入氮气20min,按照氨基钠与沼渣不同的质量比称取氨基钠,将氨基钠放于研钵中研磨直至块状氨基钠全部消失,只剩下粉末状氨基钠,将之前称取的沼渣粉末,加入到坩埚中与氨基钠混合均匀,之后将混合均匀的沼渣粉末放入管式炉中,管式炉需要提前通氮气10min,耗时49min从室温加热到500度,之后保温1h后继续提高温度到700度,瞬间切换成一定流量的二氧化碳气体,之后再700度的温度下保温1h,之后再降温到室温。

将活化好的活性炭放入研钵中研磨成粉末,倒入烧杯中,加入适量的蒸馏水,将活性炭混悬液均匀分配到6个50mL的离心管中,放在离心机中离心,转速为7000r/min,离心时间为10min。待离心完成,倾倒出上清液,往离心管中加入适量蒸馏水并配平,再次放入离心机中离心,如此循环往复,直至上清液的pH呈中性。将离心管中的底部活性炭溶液倒入烧杯,置于100℃烘箱中烘干12h,取出并称量,放入自封袋中,贴好标签并放在干燥器中。

取9个干燥的250mL锥形瓶,分别贴上标签,标为140、150hellip;hellip;220mg/L,用50mL移液管从1g/L亚甲基蓝溶液中分别移取28mL、30mLhellip;hellip;44mL溶液,并放入对应的锥形瓶中,用100mL的量筒分别量取172mL、170mLhellip;hellip;156mL的蒸馏水倒入对应的锥形瓶中,振荡摇匀,用保鲜膜密封待用。用电子天平分别称取0.0200g(误差在0.0002g之内)活性炭,倒入6个干燥的100mL三颈瓶中,往三颈瓶中插入搅拌套并将其固定在25℃的恒温水浴锅中,保持三颈瓶在适当的位置。往三颈瓶中倒入50mL不同浓度的亚甲基蓝溶液,并用塞子塞住三颈瓶的另外两个口,启动恒温加热磁力搅拌器,在适宜的转速下搅拌90min。

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