杏壳活性炭的制备工艺研究

1、组员：张文绮 张孝裴1.以炭化后的杏壳为原料，通过KOH溶液浸渍法获得最佳工艺条件为：料液比为2:0。活化温度为900度，活化时间为2h，KOH质量分数为60%，最终获得的活性炭碘吸附值为1488.28mg/g，亚甲基蓝吸附值为586.26mg/g2.以炭化后的杏壳为原料，通过KOH与原料混合的方法获得最佳工艺条件为：碱炭比为3:0，活化时间 为3h，活化温度为800度，比表面积为2675m2/g,碘吸附值为2183.96mg/g，亚甲基蓝吸附值为586.26mg/g3.以未炭化的杏壳为原料，采取氯化锌活化法制备杏壳活性炭获得最佳工艺条件为：料液比为2.0，活化温度为600度，活化时间为60m

2、in，ZnCl2质量分数为60%，测得碘的吸附值为1100.12mg/g,亚甲基蓝吸附值为1100.12mg/g，亚甲基蓝吸附值为210.18mg/g，比表面积为1137.28m2/g一类具有丰富的孔隙结构，发达的比表面积和强吸附能力的微晶质碳，按原料不同可分为木质活性炭和煤质活性炭等，按活性炭的形状不同分为柱状，粉末状活性炭和其他形状活性炭。基本元素为C、H、O。C的含量最高水蒸气/二氧化碳原料研磨炭化活化干燥洗涤活性炭物理活化方法通过气体在高温下与碳反应，通过开孔，扩孔和造孔的作用，获得孔隙丰富的活性炭。温度：炭化温度600度，活化温度在800900度之间，在高温下用气体如二氧化碳，水蒸气

3、等进行活化。化学活性方法将原料与各种化学试剂混合,通过惰性气体隔绝氧气的作用，使碳不被烧蚀，从而使碳表面吸附各种官能团，达到具有特殊吸附性能的方法。原料（粉状）化学活化试剂混合干燥加热炭化+活化活性炭干燥水洗活性炭的检测方法主要是吸附性能、微观结构及建立模拟实验检验等方法主要指标：碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、比表面积、孔径分布、强度、灰分及挥发分孔隙分为3种：微孔（50nm）活性碳的比表面积主要取决于微孔及中孔所占的比例，微孔的比例对比表面积的影响最大，而大孔对其的影响最小。活性炭吸附作用时作为吸附剂，被吸附的物质为吸附质。吸附剂与吸附质的尺寸比例的最佳范围是1.73.0。在3.0时吸附效果最佳

4、原料与试剂原料：杏壳试剂：亚甲基蓝、盐酸、碘、氯化锌、氢氧化钾、重铬酸钾、碘化钾、淀粉、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、98%浓硫酸等，铬标准贮备液、二苯基碳酰二肼显色剂、磷酸溶液、铅标准储备液、百里酚蓝（1g/L）/、乙酸乙酸钠缓冲溶液（pH=5.3）、抗坏血酸（10g/L）、亚铁氰化钾（1g/L）、氟化铵（5g/L）、二甲酚橙（0.5g/L）主要仪器真空式活化炉；自治干馏釡（釡容积为156cm3,升温时间为6h,内釡平均升温速率约为1.5度/min，加热功率为1.62KW），PHG-9053A电热恒温鼓风干燥烘箱；THZ-82B摇床；722型光栅分光分度计；AY220电子天平；标准检验塞；FW17

5、7型中药粉粹机；SHB-III型循环水式多用真空泵；HHS-2S型电热恒温水浴锅等水煤气木醋液杏壳炭杏壳炭化化学活化剂混合干燥活性炭干燥水洗酸洗高温活化1.亚甲基蓝吸附值的测定按照 GB/T12496.10-1999 进行；碘吸附值的测定按照GB/T12496.8-1999 进行。2.金属离子检测方法六价铬离子的含量采用二苯碳酰二肼分光光度法，按 GB7467-87 进行测定；铅离子的含量采用二甲酚橙分光光度法，按 GB/T223.9-2008 进行测定。3.比表面积测定方法用氮气积分仪对活性炭比表面进行测定：称取80mg左右活性炭，粒度在71微米以下，盛装于石英管中，于仪器预处理端脱气除杂2

6、h，预处理操作完毕后，将处理好的活性炭放置于测量区，待抽真空结束后将液氮（77K）放置于升降台，仪器自动进行脱吸附试验，记录其比表面积及孔径分布结果与分析分析1.杏壳所得木醋液产率较核桃壳高出 9.16%，而与木材所得木醋液产率相当2.木炭产率三者产率较为接近3.核桃壳木煤气产量最大、杏壳次之。在选取的三种原料中，活化效果最显著的是以粉碎的杏壳炭为原料制备所得的活性炭，碘吸附值为 1382.24mg/g，为国家一级品的 1.38 倍综合活性炭得率、碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、比表面积各项指标，获得最佳工艺条件为：A3B3C2D1，即为：料液比为2.0，活化温度为900度，火花时间为2h，KOH质

7、量分数为60%活性炭的比表面积（BET 多点吸附法）为 1567.53m2/g，总孔容积 0.8366mL/g，微孔容积为 0.7331mL/g，平均孔径为 2.13nm。采用极差分析方法分析各因素影响的作用大小，分别对活性炭得率、碘吸附值及亚甲基蓝吸附值进行了数据分析。综合各项指标，获得最佳工艺条件为:A3B2C3，即碱炭比为 2.0；活化温度为 800；活化时间为 3h。在最佳工艺条件下获得活性炭碘吸附值为 2183.96 mg/g，亚甲基蓝吸附质为 586.26mg/g，产品得率为 22.16%， 比表面积为 2675.00m2/g （BET 多点法）。分析结果综合各种图谱，最终得到活性

8、炭的比表面积（BET多点吸附法）为2675.00m2/g，总孔容积1.42mL/g，微孔容积为1.18mL/g，平均孔径为2.12nm。氯化锌活化不同原料对照通过氯化锌活化法制备可得到孔隙发达、吸附性能极佳的活性炭，主要是由于氯化锌具有极强的脱水和脱羟基的作用，使原料中的氢元素和氧元素以水蒸气的形式释放出来，在与原料反应，从而形成丰富的孔本实验采用氯化锌溶液活化不同材质由表3-7数据可得，其一，粉碎的杏壳炭与未粉碎的杏壳炭经过氯化锌活化后，其碘吸附值与未活化原料相比，碘吸附值未发生明显变化，说明氯化锌活化方法不适用于炭化后的原料制备活性炭；其二，间接证明了氯化锌溶液脱羟基和脱水作用的存在。实验

9、设计表综合各项指标，获得最佳工艺条件为: A3B3C2D3, 即料液比为 2.0，活化温度为600，活化时间为 60min， 氯化锌质量分数为 60%。在最佳工艺条件下获得活性炭碘吸附值为 1010.28mg/g，亚甲基蓝吸附值为 210.81mg/g，产品得率为 42.18%。杏壳活性炭吸附Cr(VI)离子主要的检测方法有：分光光度法、原子吸收法（AAS）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）、高效液相色谱法（HPLC）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、流动注射/质谱法（FI-MS）等，最常用的检测方法为分光光度法，本实验采用二苯基碳酰二肼分光光度法测量六价铬离子含量。标

10、准曲线的制作实验数据与图像处理向 50ml 比色管分别加入 0、0.20、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00 和 10.0mL铬标准溶液，用水稀释至标线，绘制标准曲线图（图 3-11）。所得标准曲线图回归方程为 y=0.0103x+0.0033, r2=0.9997。Cr( )离子浓度与吸光度标准曲线回归性极佳，可用于后续实验计算。实验数据与图像处理称取六份 0.5g 杏壳活性炭，置于六只 250mL 锥形瓶中，并分别加入 100mL、50mg/L重铬酸钾溶液，调节溶液 pH 为 2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0，并标记样品为 16 号，于 30、210r

11、/min 的气浴摇床中振荡吸附 4h 后测定溶液中六价铬离子含量及反应溶液的 pH 值。由图 3-12 及表 3-10 可知，溶液 pH 值在吸附前后均呈现不同程度的增长，pH 为 2.0时溶液 pH 变化不大测得其值为 3.42，2 号到 6 号样品吸附后的溶液 pH 值均在 7.5 以上，活性炭消耗 H+数是一定的，在 pH 值大于 3 时溶液中 H+浓度明显降低，随着 H+不断消耗溶液 pH 值不断上升。准确称取 0.05g、0.10g、0.15g、0.20g、0.25g、0.30g、0.40g、0.50g 杏壳活性炭置于 8 只 250mL 容量瓶中，分别加入 100mL、50mg/L

12、 重铬酸钾溶液，并调节溶液 pH 为2.0，在 30、210r/min 的气浴摇床中振荡吸附 4h 后测定溶液中六价铬离子含量及反应后溶液的 pH 值。分析由图 3-14 可知，随着活性炭的加入量不断增加，Cr( )的去除率不断增加，增加到一定程度后，Cr( )的去除率可达 99.99%。当活性炭加入量为 0.05g 时 Cr( ) 去除率为88.24%，当活性炭投加量为 0.10g 时 Cr( )去除率可达 98.67%，继续增加活性炭效果已不明显，Cr( ) 离子基本去除干净。27Cr( )吸附量随着活性炭投加量不断增加，呈现缓慢的下降趋势，且在投加量最少时对 Cr( ) 的吸附量为最大。

13、准确称取 0.1g 杏壳活性炭置于 10 只 250mL 容量瓶中，分别加入 100mL、50mg/L重铬酸钾溶液，并调节溶液 pH 为 2.0，在 30、210r/min 的气浴摇床中振荡吸附, 在20min、40min、60min、80min、120min、180min、240min、300min、360min 取样测定溶液中六价铬离子含量。从图 3-16 中可以明显看出杏壳活性炭对六价铬离子的吸附主要发生在前120min，在 120min 过后对六价铬离子的去除率增长不明显。活性炭对六价铬离子的吸附量随着浓度的增长而不断增加，在100mg/L 吸附量增长较快，在 100mg/L 以后吸附

14、量增长较为缓慢，吸附量渐渐达到饱和。由图 3-19 可知，等温方程为 y=0.0084x+0.014，R2=0.9987，线性关系极佳，说明活性炭吸附六价铬离子实验符合 Langmuir 等温方程，即吸附机理属于单分子层吸附，本实验选用的活性炭微孔孔隙发达，也说明了这一点。与上述活性炭加入量对Cr离子吸附的影响的探究方法相同，可以得到结果：活性炭吸附 Pb( )离子实验很符Langmuir 等温方程，即吸附机理属于单分子层吸附。1）以自制的杏壳炭为原料，采用氢氧化钾溶液浸渍方法获得的最佳工艺条件为：料液比为 2.0, 活化温度为 900, 活化时间为 2h, KOH 质量分数为 60%; 最终

15、获得的活性炭碘吸附值为 1488.28mg/g，亚甲基蓝吸附质为 453.81 mg/g，产品得率为 60.86%；2） 经氢氧化钾混合法获得最佳工艺为：碱炭比为 3.0，活化温度为 800 ，活化时间为3 h，最终获得的活性炭碘吸附值为2183.96mg/g，亚甲基蓝吸附质为586.26 mg/g，产品得率为 22.16%；3）采用氯化锌活化法制备活性炭，以粉碎的杏壳为原料制备杏壳活性炭最佳工艺条件为：料液比为 2.0、活化温度为 600、活化时间为60 min、ZnCl2质量分数为 60%；测得碘吸附值为 1100.12mg/g，亚甲基蓝吸附值为 210.18mg/g；4）杏壳木醋液与木材

16、干馏所得木醋液产率相当，杏壳木炭、核桃壳木炭、木材木炭三者产率差别不大；杏壳木煤气产率高于木材木煤气，低于核桃壳木煤气。5）杏壳吸附六价铬离子：对六价铬离子的吸附符合 Langmuir 等温方程，R2=0.9987，线性关系极佳，饱和吸附量为 119.05mg/g。6）杏壳吸附铅离子：对铅离子的吸附符Langmuir等温方程，R2为 0.9965；且经计算饱和吸附量为 71.43mg/g。1）经氢氧化钾溶液浸渍法和氢氧化钾混合法均可获得比表面积高、吸附性能强的活性炭。混合法可获得比溶液浸渍法比表面积高、吸附性能强的活性炭，但生产同等量的杏壳活性炭其消耗活化试剂量前者是后者约 13.7 倍，因此从节约成本考虑，溶液浸渍法比较经济。2）以杏壳炭为原料制备杏壳活性炭，氯化锌不适用选作活化