发布日期：2018-11-08 10:24 来源：活性炭网 作者：活性炭网 浏览数：
抽象 活性炭经常用于处理染料废水。 它们可以由具有高碳含量的各种有机材料制成。 在该研究中， 在800℃的活化温度下，在150-600mL / min的范围内， 以各种CO 2 流速 产生新型槟榔叶活
农业废物热解是一种通过在没有氧气的情况下加热将生物质和有机残余物转化为多种产物的方法。热解过程有利于了解特定木质纤维素废物的热解 - 裂解机制[ 1 ]，并且可以通过使前体与氧化气体（如二氧化碳（CO 2）或蒸汽）进行热解来活化以产生活性炭（ H 2 O）[ 2 ]。
活性炭是无定形碳质材料，其具有独特的特征，表现出高度的孔隙率和延长的颗粒间表面积。活性炭具有吸附能力，用于从家庭和工业废水中去除不希望的气味，颜色，味道以及有机和无机杂质，以及用于更多一般的家庭应用。在废水处理中液相应用消耗了近80％（约300,000吨/年）的总活性炭[ 3 ]。
活性炭可以从各种有机物材料中生产出来，如香蕉茎[ 4 ]，竹种[ 5 ]，咖啡壳[ 6 ]，油棕石[ 7 ]，枣椰[ 8 ]，油棕壳[ 9]，10 ]和Parkinsonia aculeata木[ 11 ]。该活性炭可以使用物理和化学活化处理来生产。物理活化的优点是可能会形成更多的孔隙结构，大的活动区域[ 8 ]，并且在处置阶段对二次污染问题的影响较小[ 12 ]。
槟榔或槟榔科学名称是一种热带树，属于棕榈科（Arecaceae）。它主要从东非到阿拉伯半岛，横跨亚洲热带地区，中部太平洋和新几内亚。传统上，从这棵树中使用的主要部分是坚果（或种子胚乳），它被咀嚼作为兴奋剂咀嚼。这种做法通常可以在印度和亚洲的一些地方找到。缺乏利用叶子，通常处理[ 13 ]。本文研究了槟榔叶生产活性炭的应用。预计利用率将提供潜在的廉价替代前体。
在这项研究中，槟榔叶被用作通过CO 2物理活化制备槟榔叶状活性炭（PFAC）的前体。介绍了CO 2流速对PFAC特性的影响及其从水溶液中去除MB染料的性能。
原始的槟榔inang叶子首先从马来西亚吉打的Sungai Petani的Kota Kuala Muda收集。然后将它们清洗干净，随后在Heraeus 6000系列烘箱中在110℃下干燥24小时以除去水分。将干燥的槟榔内部叶片切成约5×4cm的尺寸的片，并装入放置在具有可编程控制器的管式炉中的不锈钢垂直管式反应器中。将不锈钢丝网放置在管式反应器的底部以防止样品掉落。将升温温度设定为20℃/ min，在纯化氮气（99.99％）下以150mL / min的流速达到800℃的活化温度。通过K型热电偶测量反应器中样品床内的温度。一旦达到活化温度，2是在各种流率从150到600毫升/分钟进行3小时引入的。然后在氮气流下将反应器冷却至室温。将产生的样品储存在气密容器中以进行进一步表征和吸附研究。
通过使用表面积分析仪，扫描电子显微镜（SEM）和同时热重分析仪（STA）分析样品的特征。通过使用Micromeritics ASAP 2020，通过氮气在77K的吸附等温线确定样品的表面积。通过静态容量法测量在平衡蒸气压下在固体表面上吸收的气体量来操作该系统。表面积，孔体积和平均孔径的计算通过Micropore软件版本2.46进行，而活性炭的比表面积使用Brunauer-Emmett-Teller（BET）方程确定。总孔体积由氮气的液体体积估算，相对压力范围为0.01-0.98。
扫描电子显微镜（SEM）用于研究样品的表面形态，包括孔结构，表面结构和孔排列。使用Quanta 450 FEG SEM进行分析。将样品放在铝棒上的碳带上并涂上金以进行电子传导。然后在分析之前将样品抽真空5-10分钟。
使用PerkinElmer 6000同时热重分析仪（STA）进行样品的近似分析。STA系统与微型计算机连接，用于数据采集和控制任务。根据STA结果，可以获得水分，挥发性物质，固定碳和灰分含量，其中每个参数表示为来自样品总重量的重量损失百分比。将样品在氮气N 2气体中从室温加热至110℃ 直至脱水完成以获得水分含量。在900℃下对样品进行分解以确定挥发性物质的量。通过将N 2流量切换为O 2流量获得固定碳。剩余重量表示为灰分含量。
由Sigma-Aldrich（M）Malaysia提供的亚甲基蓝（MB）染料用作吸附物。MB的化学式为C 16 H 18ClN 3 S · 3H 2 O，分子量为373.9g / mol。使用去离子水制备所有试剂和溶液。
批量吸附研究在一组250ml的Erlenmeyer烧瓶中用200mL已知初始浓度的吸附物溶液进行。将吸附剂的重量固定在每个烧瓶0.2g。等温水浴振荡器在恒定温度下以固定的120rpm使用。水浴振动器配有温度控制器，可设置为25至100±0.1°C，转速控制器可固定至250±1 rpm。
使用双光束Shimadzu UV-Visible分光光度计测量吸附物的浓度。根据比尔定律，吸光度和吸收物质浓度之间的线性关系可写如下：
其中C是溶质浓度（mg / L），A i是组分i的测量吸光度，ελ是溶质在波长λ（nm）下的摩尔吸光系数，bc是电池的路径长度（1 cm） 。通过分光光度计通过1cm路径长度的石英池获得吸光度A i。
MB的最大波长为664nm。测量MB染料浓度的校准曲线以确保吸光度读数的均匀性。从分光光度计获得染料的校准曲线，因为可以通过以下方法计算吸光度A i对溶质浓度C对染料去除百分比的图。
其中C e和C t（mg / L）分别是平衡时和任意时间t的吸附物的液相浓度。
将1.0g染料粉末溶解在1000mL去离子水中，制备浓度为1g / L的染料溶液。通过将初始储备溶液稀释到200mL去离子水中来制备不同初始浓度的溶液，即50,100,200,300,400和500mg / L.
PFAC的表征对于确定影响吸附容量的物理和化学性质是重要的。为方便讨论，样品如表1所示。
根据该过程的样品标签列表。
| 没有。 | 标签 | CO 2流速 |
|---|---|---|
| 1 | PFAC 150 | 150毫升/分钟 |
| 2 | PFAC 300 | 300毫升/分钟 |
| 3 | PFAC 450 | 450毫升/分钟 |
| 4 | PFAC 600 | 600毫升/分钟 |
采用表面积分析仪研究了CO 2流量对PFAC表面积，孔容和平均孔径的影响。表2显示，由于缺乏CO 2流速供应，PFAC 150具有最低的BET表面积和总孔体积，这阻碍了孔隙率的最佳发展。
PFAC的表面积和孔隙特征。
| 样品 |
CO 2 流速 （mL / min） |
BET比表面积 （m 2 / g） |
总孔容（mL / g） | 平均孔径（nm） |
|---|---|---|---|---|
| 槟榔叶 | - | 4 | 0.0087 | 7.20 |
| PFAC 150 | 150 | 847 | 0.4536 | 2.32 |
| PFAC 300 | 300 | 958 | 0.5469 | 2.32 |
| PFAC 450 | 450 | 936 | 0.5132 | 2.32 |
| PFAC 600 | 600 | 917 | 0.4909 | 2.32 |
同时，发现PFAC 300具有最高的BET表面积和总孔体积，分别为958m 2 / g和0.5469mL / g。该结果表明，需要足够的CO 2流速供应以产生大的比表面积和高的孔体积。然而，对于PFAC 450和PFAC 600，与PFAC 300相比，表面积和总孔体积略有下降。这是因为过量的CO 2流速导致孔结构的壁变薄和变弱，从而减少孔隙率的发展。就平均孔径而言，所有样品都给出相同的结果，即直径为2.32nm，表明PFAC处于中孔区域，符合国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）分类[ 14 ]。
图1显示了使用BJH方法的PFAC的孔径分布。从图中可以看出，在中孔区域中的2-3nm范围内检测到奇异的尖峰。这些结果与平均孔径的结果一致。中孔表面积和活性炭中孔体积是液体吸附所需的最重要特征，尤其是去除染料[ 15 ]。
使用BJH方法的PFAC孔径分布。
图2的（a） - 图2（e）示出槟榔藻体的表面形态和PFAC在不同CO制备2流量的条件。从图2（a）可以看出，槟榔内部叶状体前体的表面纹理粗糙，不均匀，起伏不平。此外，在表面上产生非常少的孔。然而，激活过程之后，PFAC生成可以在图中可以清楚地观察到一些新的孔2的（b） - 图2（e）。实际上，在活化处理过程中，发生了CO 2反应，促进了孔的发展，从而提高了样品的吸附容量和表面积[ 16 ]。图2（b）对于PFAC 150，表明孔隙度已经开始发展。然而，孔隙开发看起来并不完整，具有小的孔隙和厚壁的开口。PFAC的样品300在图2（c）示出了具有较大的孔和稳定结构发达的微孔结构。对于图2（d）和2（e）中的PFAC 450和PFAC 600样品，孔结构无组织，结构壁开始坍塌。
SEM图像显示：（a）槟榔叶前体，（b）PFAC 150，（c）PFAC 300，（d）PFAC 450和（e）PFAC 600。
用于近似分析样品的结果列于表3中。发现Pinang inang叶前体的挥发性物质和水分含量很高。在活化过程之后，挥发性物质和水分含量显着降低，而固定碳含量在样品中增加。这种情况是由于高温热解效应的影响而发生的，大多数有机物质已被降解并作为气体和液体焦油排出，导致碳纯度高的材料[ 17]]。在近似分析中，要看的主要特征是固定碳含量。固定碳含量在碳表面通过称为Van Der Waals的弱力保持吸附分子的情况下起重要作用。因此，较高的固定碳含量意味着吸附物被吸附的碳表面较大[ 18 ]。然而，灰分的存在可能会烧结和堵塞毛孔，这有助于显着减少毛孔表面积[ 19 ]。PFAC 150至PFAC 600表现出类似的结果，特别是固定碳和灰分含量。然而，最好的结果是PFAC 300。
近似分析的结果。
| 样品 | 水分（％） | 挥发性（％） | 固定碳（％） | 灰（％） |
|---|---|---|---|---|
| 槟榔叶 | 14.42 | 61.30 | 21.20 | 3.08 |
| PFAC 150 | 4.57 | 13.34 | 79.51 | 2.58 |
| PFAC 300 | 4.54 | 13.28 | 79.74 | 2.44 |
| PFAC 450 | 4.52 | 13.26 | 79.73 | 2.49 |
| PFAC 600 | 4.52 | 13.24 | 79.69 | 2.55 |
从之前的三次PFAC表征分析中，PFAC 300与其他样品相比具有最佳结果。从表面积分析仪，PFAC 300具有最高的BET表面积和总孔体积值。在表面形态研究中，发现PFAC 300具有更宽的开孔以及更有组织和稳定的结构。从近似分析中，在样品PFAC 300上也发现了具有低灰分含量的高固定碳，并且与其他PFAC 的差异也不那么显着。因此，选择PFAC 300样品用于后续研究。
图3显示了MB去除百分比与从（ 2）获得的时间间隔的关系。从图中可以看出，MB去除百分比的量随时间增加并且在20小时内达到恒定值。对于批量吸附的前6小时，对于所有MB浓度，可以观察到MB去除的快速增加。在吸附过程开始时，由于初始浓度的强大驱动力可以克服水相和固相之间的传质阻力而发生快速吸附行为[ 20 ]。
对于PFAC 300，在30℃下各种初始浓度下的MB去除百分比与吸附时间的关系。
在6-20小时的时间间隔内，MB去除缓慢增加并在20小时内达到饱和。这种情况是由于在初始阶段有大量表面部位可用于吸附的事实，并且在经过一段时间之后，由于固体的溶质分子之间的排斥作用，剩余的表面部位难以被占据。批量阶段[ 21 ]。最后（24小时），在所有初始染料浓度下成功除去了72.6％和95.8％之间的MB，其中使用50mg / L的初始染料浓度实现后者。在图3中还可以看出，染料的去除百分比取决于初始浓度。[ 22]也发现了类似的观察结果用粉煤灰吸附纺织染色工业废水的研究。
来自废物前体的槟榔叶已经成功地用于使用物理活化方法制备活性炭。PFAC 的最佳热解和活化剂CO 2流速为300 mL / min，其中BET表面积，总孔体积和固定碳含量与其他CO 2流速相比最高。从表面形态来看，PFAC 300产生发育良好的孔隙结构，孔隙更宽，结构稳定。对于平均孔径和粒度分布，PFAC结构存在于中孔区域中，因此适合用于液相吸附。在分批吸附研究中，鉴定PFAC适合于从水溶液中除去MB染料。在平衡条件下，PFAC 300能够吸附染料，同时去除95.8％MB染料，初始浓度为50 mg / L. 因此，通过施加正确量的CO 2流速来制备活性炭已经在提高活性炭的孔隙率和吸附能力方面具有重要意义。
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