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    活性炭使用碳酸钾活化

    来源:韩研活性炭网 作者:韩研活性炭网 2018-01-02

      活性炭使用碳酸钾活化,活性炭由木质纤维素通过化学活化合成。两个合成过程被使用:一个阶段和二个阶段过程。在一步法中,浸渍了K2CO3的木质纤维素直接热解成活性炭,两阶段过程包括(1)热解或水解碳化生成生物活性炭或氢化活性炭,(2)随后的化学活化分别定义为GSB活性炭和GSH活性炭。对活性炭的特性-热稳定性和织构,物理化学,结构和晶体性质进行了深入的研究。结果表明,活性炭的属性依赖于其合成所使用的方法。

      具有高比表面积(S BET)的活性炭在吸附水处理过程中的无机和有机化合物方面起着至关重要的作用。木质纤维素材料被认为是可用于以较低成本制造活性炭的丰富的可再生前体。先前的几项研究表明,通过两阶段化学活化工艺制备的活性炭比使用一阶段化学活化工艺制备的活性炭具有更大的表面积和更高的吸附容量。例如,使用一步法和两步法从稻草中制备活性炭的结果表明,通过预热解炭化的两阶段KOH活化能生产出具有高S BET和对亚甲蓝(MB)的高吸附容量的活性炭。其他研究者报告了类似的结果。对于热液碳化,在水中由水解生成的橙皮衍生的活性炭的BET为在H3PO4酸性溶液中的橙皮衍生的活性炭的两倍。由商业有机前体(即糠醛,葡萄糖淀粉,纤维素,桉树木屑和糖类)合成的具有极高S BET的活性炭已通过水热过程预硫化。然而,很少有研究比较三种化学活化方法制备的活性炭的特性。值得注意的是,活化剂对活性炭特性有很强的影响。

      几种材料的制备

      将大约50g的木质纤维素粉末放入盖有盖子的瓷坩埚中。将坩埚置于马弗炉,然后在800℃有氧条件下热解4h,得到生物活性炭。氢化活性炭是通过水热碳化工艺制备的。将约30g粉末状木质纤维素与120mL去离子蒸馏水在200mL聚四氟乙烯衬里的高压釜中在190℃下混合24小时。

      活性炭是通过K2CO3的化学活化过程合成的。将前体(即木质纤维素,生物活性炭和氢化活性炭)浸入重量比为1:1的K2CO3溶液中,然后在非循环空气气氛中热解(即封盖坩埚内)800℃下保温4小时。碳化后,样品用0.1M HCl充分洗涤,溶解灰分和无机盐。最后,用热水和去离子蒸馏水洗涤样品,直到滤液的pH达到恒定值。然后将样品干燥并过筛,并将其储存在棕色瓶中直到使用。

      图1显示了合成的活性炭及其前体的形态。木质纤维素和水热材料孔隙度低,表面相当粗糙。这些观察结果与它们的低S BET和总孔体积相匹配。GSH中的微球在图1中可见,是由GS在热液碳化过程中的高纤维素组分形成的。但木质素含量高可能会阻止氢化活性炭样品中大量碳球的形成。此外,水热过程中纤维素和木质素的分解较弱,可能是氢化活性炭孔隙发育不良的原因。当木质纤维素材料在高温下热解时,生物活性炭的形态可以观察到显着的变化。生物活性炭的表面形态示出发达的孔隙和相当高的表面积,并且因此,生物活性炭可以被认为是一个绿色的吸附剂在废水处理过程中使用。

      图1. 活性炭(d-f)及其前体(a-c)的扫描电子显微镜(SEM)。

      值得注意的是,合成的活性炭样品具有不规则和不均匀的表面形态,具有海绵状结构。由于K2CO3的蒸发,在热解过程中活性炭中形成了各种尺寸和形状的良好孔隙。强调了从废报纸到K2CO3制备活性炭的高S BET激活,这可能插入和扩大相邻的六角网络平面的夹层。这些平面由C原子组成,由于六角平面发育不良,孔隙形成得到加强,这与石墨中发育不良的平面相似。增加孔隙形成的另一个原因可能是K2CO3分子扩散到热解过程中产生的基本孔隙中,并随之加速K2CO3-C反应。在热解过程中焦炭中的孔隙发展在改善S BET方面起着至关重要的作用和总孔隙体积。因此,可以推断活性炭的表面形态强烈地依赖于它们的制备方法。

      与前体相比,合成的活性炭具有更高的芳香性和热稳定性。原材料和水热材料中纤维素物质的存在可以通过TGA和XRD分析明智地评估。通过FTIR技术和Boehm滴定法准确鉴定了活性炭表面上含氧官能团的存在?;钚蕴?的pH值和比表面积还有吸附能力水平按照以下顺序:活性炭> 生物活性炭> 氢化活性炭?;谟欣奶卣?,木质纤维素可以被认为是通过化学活化合成活性炭的优良前体。

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