摘 要

活性炭具有优良的吸附特性，是一种极佳的吸附功能材料，随着应用领域的不断扩大，其需求量与日俱增。本实验采用化学活化法，以KOH、Na₂CO₃为活化剂，油菜、水稻、小麦、甘蔗渣和甘蔗皮五种农作物秸秆为原材料制备秸秆基活性炭，并从中选出吸附效果最好的吸附剂。通过对这几种秸秆基活性炭活化前及活化后的比表面表征，发现秸秆活化后比表面得到大幅度提高;之后利用水稻基活性炭为吸附剂来吸附苯酚，分别考察了吸附温度、吸附时间、转速、吸附质的量和浓度这几个变量对苯酚吸附量的影响。实验证明：当吸附温度为30 ℃、吸附时间为4 h、转速为160 r/min、吸附质的量为0.4 g、苯酚浓度为100 mg/L时，吸附效率最高。

关键词：秸秆 活性炭 苯酚 制备 吸附

Preparation and characterization of the straw base activated carbon

Abstract

Activated carbons have excellent adsorption properties, they are excellent adsorption function material. With the continuous expansion of their application fields, the demand also expands accordingly. By the chemical activation method, five kinds of crops straw base activated carbon such as rape, rice, wheat, bagasse and sugarcane husk were prepared with KOH and Na₂CO₃ as activator. Adsorption effect of five kinds of activated carbon on phenol were studied, It is concluded that rice base activated carbon shows excellent adsoption performance because of special area of rice base activated carbon is the biggest among five kinds of activated carbon. BET characterization of pre-activation and post-activation indicate that post-activation carbon’s special area are bigger than pre-activation. the effects of temperature, time, speed, amount and concentration of adsorbent on the adsorption of phenol were investigated using rice activated carbon.Experiment shows:When the reaction temperature of 30 ℃, the adsorption time is 4 h, the speed of 160 r/min, the quality of activated carbon is 0.4 g, phenol concentration of 100 mg/L, the adsorption efficiency is highest.

Key words：the straw；activated carbon；phenol；characterization；activation；adsorption

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 活性炭的制备 1

1.2.1 物理活化法 2

1.2.2 化学活化法 2

1.2.3 物理化学耦合活化法 3

1.3 活性炭的表征 4

1.4 活性炭的应用 4

1.5 本课题的研究目的和意义 5

第二章 实验部分 6

2.1 实验试剂与仪器 6

2.1.1 实验试剂 6

2.1.2 实验仪器 6

2.1.3实验材料 7

2.2 实验方法 7

2.2.1 吸附剂制备过程 7

2.2.2 活性炭吸附苯酚 8

2.2.3 绘制苯酚标准曲线 8

2.2.4 吸附率的计算公式 8

2.2.5活性炭的表征 9

第三章 实验结果与讨论 10

3.1制作苯酚标准曲线 10

3.2探究最佳反应条件 10

3.2.1不同种类吸附质对苯酚吸附的影响 10

3.2.2吸附质的量对苯酚吸附的影响 15

3.2.3苯酚溶液浓度对苯酚吸附的影响 16

3.2.4 转速对苯酚吸附的影响 17

3.2.5吸附时间对苯酚吸附的影响 18

3.2.6温度对苯酚吸附的影响 19

3.3 本章小结 19

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 22

致谢 24

第一章 文献综述

1.1 前言

中国作为一个农业大国，有着非常丰富的农副产品。每年产生的农业废弃物至少有7亿吨，大约包括了水稻种类2.3亿吨，小麦种类1.2亿吨，玉米种类2.2亿吨，其他类型的秸秆约莫有2亿吨。但是在另一方面，加工副产品的综合利用很少，利用率甚至低于40％，其余超过60％的秸秆被随意堆放、丢弃或用作肥料还田、生活燃料，大量的资源被白白浪费掉，并且对环境造成了巨大污染^[1]。因此，加强对秸秆资源的综合利用是非常有需要的，从而使得秸秆资源的资源化以及商品化的目标得以达成，有效的节约资源、避免破坏环境和增加务农人员的收益。当前，存在着大量的秸秆利用方法，其中的一个研究热门就是利用秸秆废弃物制作活性炭^[2]。

活性炭很久以前就已经被发现，发展到现在，已经成为应用非常广泛的吸附材料，其具有发达的孔隙结构、大比表面积、操作简便和各种活性基团^[3-4]，是一种优质的吸附功能材料，在化工领域有着广泛的应用。这些年使用煤炭或木材为原料制备活性炭一直是主流，但是随着社会经济的快速发展和人类对能源需求的持续增长，化石能源供应紧张和环境污染的问题日益严重^[5]，将秸秆高附加值利用成为了研究的重点。

本实验采用油菜秸秆、小麦秸秆、甘蔗渣、甘蔗皮和水稻秸秆制备活性炭，这些秸秆的来源范围很广，具有含碳量高、灰分量低的特点，是非常好的制备活性炭的原材料^[6]。

1.2 活性炭的制备

活性炭具有孔道结构优良，比表面积很大的特点，并且有着极佳的吸附性能。活性炭的多孔性能，是它的特点和应用的集中体现。随着科学技术的迅速发展，对活性炭的研究逐渐加深，能够应用到活性炭的领域也越来越多，进而其需求量也在不断增长。传统的活性炭大多使用煤炭或木材制备，但随着能源与木材的紧缺，这种制备方式已经无法满足行业的需求，为了改善这种状况，秸秆制备活性炭的方式慢慢走上的研究前沿。现在，制备活性炭大多是采用物理法、化学法及物理—化学活化法。

1.2.1 物理活化法

一般情况下，物理活化分为两个反应步骤，首先是对原材料的炭化处理，其温度控制在500 ℃左右；接着对原材料进行活化处理，其操作环境为高温条件并通入水蒸气或者二氧化碳。当温度较高时，原材料内部的碳原子能够和水蒸气、二氧化碳发生反应，然后会生成CO、H₂气体并且逸出，在气体逸出过程中，材料内会产生孔隙结构。与化学活化相比，物理活化的反应条件更为苛刻，需要更高的温度和更长的时间，所以它的能源消耗更大，占用的成本更为昂贵。

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