摘要:分别在600,700和800 ℃下对活性炭进行微波辐照加热改性.采用比表面积及孔径分析仪、Boehm滴定、傅立叶转换红外光谱对活性炭的物化性质进行表征.并且在10 ℃下以甲醇为吸附质进行固定床吸附实验.研究表明:微波改性后,活性炭的比表面积、总孔容小幅度减小,但微孔比表面积显著增大;随着温度升高,活性炭表面酸性基团大量分解,碱性基团逐渐形成.Langmuir方程和Freundlich方程均能较好的描述甲醇在活性炭上的吸附.准二阶动力学方程最适合描述甲醇的动态吸附过程,说明甲醇吸附是一个物理和化学复合的吸附过程,吸附受到活性炭表面官能团的影响.颗粒内扩散模型拟合结果分为3个线性阶段:表面吸附阶段、渐近吸附阶段和吸附平衡阶段.微波改性后活性炭对甲醇的吸附能均增大,吸附能与活性炭表面含氮官能团总量成正比.
关键词:微波;改性活性炭;吸附;甲醇
中图分类号:O613.71 文献标识码:A
热处理能改变活性炭的表面化学特性,同时也能有效调节活性炭的孔结构\[3\].微波加热属于内加热,升温迅速,微波场中无温度梯度存在,受热均匀,加热效率高,能耗低,在活性炭改性研究中得到重视.有学者对比研究了微波加热和传统加热对活性炭吸附行为的影响,发现微波改性活性炭具有更大的微孔孔容\[4\],基于微波加热的优越性,本文对不同温度微波改性活性炭吸附甲醇进行了实验研究,多角度探讨了微波改性对活性炭本身及其吸附甲醇的影响.
1实验部分
1.1热重实验
利用热重分析仪(LABSYS TG, SETARAM, France)在氮气氛围下测试原始未改性活性炭的TG特性曲线.
1.3活性炭表征
1.3.1孔结构表征
利用Boehm滴定定量测试活性炭表面总酸性基团、总碱性基团、羧基以及酚羟基的含量;采用傅立叶转换红外光谱仪NEXUS670 (Nicolet, USA) 表征活性炭表面某些特定结构的官能团.
1.4吸附实验
① 干燥器;② 有机气体发生器;③ 流量计;
④ 混合器;⑤ 真空泵;⑥ 固定吸附床;⑦ 恒温水箱;
⑧ 气相色谱仪;⑨ 尾气处理
2结果与讨论
2.1热重分析
2.2改性对孔结构的影响
2.3改性对表面官能团的影响
2.3.1Boehm滴定
2.3.2傅立叶转换红外光谱(FTIR)
图3为FTIR的测试结果.在某些相同波数段,改性活性炭和原始活性炭均出现明显的吸收峰,同时,改性活性炭在不同波数段出现新的吸收峰,这表明,改性后既保留了原有的某些基团,又产生了新的基团.
2.4改性对等温吸附线的影响
等温吸附线的测量方法详见1.4,实验得到4种活性炭的等温吸附线如图4所示.根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC) 分类法,其均属于Ⅰ型等温吸附线.微波改性后,吸附量由大到小顺序为AC800>AC600>AC1>AC700.
相对压力P/P0
3结论
1) 微波辐照加热改性后,活性炭的总比表面积、孔容较小幅度减小,但微孔比表面积显著增大,形成许多新的微孔.随着温度升高,酸性基团大量分解,碱性基团逐渐形成.
2) 4种活性炭对甲醇的吸附量大小顺序为AC800>AC600>AC1>AC700,说明最佳微波改性温度为800 °C.
3) Langmuir方程和Freundlich方程均能较好的描述甲醇在活性炭上的吸附.
4) 准二阶动力学方程最适合描述甲醇的动态吸附过程,说明甲醇吸附是一个物理和化学复合的吸附过程,吸附受到活性炭表面官能团的影响.颗粒内扩散模型拟合结果分为3个线性阶段:表面吸附阶段、渐近吸附阶段和吸附平衡阶段.甲醇在活性炭上的吸附受到颗粒内扩散和膜扩散的共同作用.
5) 微波改性后活性炭对甲醇的吸附能均增大,吸附能与活性炭表面含氮官能团总量成正比.
参考文献
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