柚皮基多孔炭材料的制备及其吸附性能研究

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以天然生物质为原料的生物炭因其具有高度芳香化、导电性、耐高温性、稳定性、孔隙结构丰富、价格低廉、来源广、生态友好、制备工艺简单等特点,被广泛应用于农业生产以及能源利用等领域。农业废弃物柚子皮含有大量有机成分,是一种合成生物质炭材料的优质前体物质。本研究以柚皮为原料,通过水热活化法,制备了柚皮基多孔炭材料,并研究了柚皮基多孔炭材料对亚甲基蓝、孔雀石绿及结晶紫等有毒有害物质的吸附性能,研究成果对生物基炭材料的制备方法及应用探索具有重要意义。以柚皮这种农业废弃物为原料,制备了柚皮基多孔炭材料。通过优化水热碳化、活化条件,得出最优制备工艺:10 g柚皮粉末,50 m L 1.84 mol/L H2SO4加入100 m L反应釜中,190℃加热12 h,自然冷却后水洗烘干得到柚皮基水热炭;使用质量分数为20%的氯化锌作为活化剂,反应条件为浸渍比3:1,氮气氛围中,500℃高温反应1h,制备得到的柚皮基多孔炭材料(YPDKT3-500)有最大的比表面积,达1826.47 m~2/g。傅里叶变换红外光谱、N2吸附脱附、X-射线衍射、场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱以及能谱分析等表征结果也验证了该条件下产物YPDKT3-500的优异特性。YPDKT3-500材料作为吸附材料,分别以亚甲基蓝、孔雀石绿及结晶紫为吸附质,通过单因素实验、吸附动力学、等温线以及热力学模型分别研究柚皮基多孔炭材料对溶液中三种渔药的吸附性能。结果发现,YPDKT3-500对溶液中亚甲基蓝、孔雀石绿及结晶紫这三种渔药的吸附均符合单分子层化学吸附过程;对亚甲基蓝、孔雀石绿的吸附过程主要由柚皮基多孔炭材料表面活性位点数量决定,对结晶紫的吸附过程可能由表面活性位点数量及底物浓度共同决定;对亚甲基蓝、孔雀石绿及结晶紫最大饱和吸附量分别超过400 mg/g、1600 mg/g、150 mg/g。热力学研究表明三种吸附过程均为自发的吸热过程。
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