高温烟气活化生物炭制备活性炭及其Cu2+ 吸附性能

• 作者: 骆美宇 李音 刘玉鹏 邸婧 单胜道 盖希坤
• 来源期刊: 低碳化学与化工
• 学科: 化学
• 关键词: 生物炭 高温烟气 活性炭 吸附 动力学
• 年，卷（期）: 2024,（6）
• 页码范围: 103-111
• 页数: 9页
• 语种: 中文

摘要

开发农林废弃生物质高效清洁制备活性炭技术，对于中国实现双碳战略具有重大意义。农林废弃生物质快速热解生成大量生物炭，如何低成本、规模化地将生物炭转化为活性炭是当前的研究热点。以马尾松生物炭为原料，采用N2/CO2混合气体模拟循环流化床高温烟气，并通入水蒸气作为活化剂，对生物炭进行活化，制备活性炭。通过单因素实验，探究了水蒸气流量、活化温度、活化时间对活性炭碘吸附值和产率的影响规律，确定了最佳制备条件。采用全自动物理化学吸附仪、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱仪，对活性炭物化性质和结构进行了表征；考察了p H、吸附时间、活性炭投加量、Cu2+初始浓度(质量浓度)对活性炭Cu2+吸附性能的影响；采用动力学模型及等温线模型研究了活性炭吸附Cu2+的机制。研究表明，最佳制备条件下(高温烟气为100 m L/min、水蒸气流量为0.9 m L/min、活化温度为850°C、活化时间为2.5 h)，活性炭产率为7.32%、碘吸附值为1914 mg/g、比表面积为1556 m2/g，表面官能团含有O—H、C—O、C==C和C==O键等化学键。最佳吸附工艺下(pH为5.5、吸附时间为30 min、活性炭投加量为1.5 g/L、Cu2+初始浓度为10 mg/L),Cu2+最大去除率为99.97%，剩余Cu2+浓度为0.003 mg/L，符合我国生活饮用水标准(<1 mg/L)。准二级动力学模型和Langmuir模型能更好地拟合吸附过程，吸附为单分子层化学吸附，颗粒内扩散不是唯一的控速步骤。