咖啡壳活性炭制备及其水蒸气吸附性能与机理研究
发布时间：2021-12-16 17:35
本文以农林废弃物咖啡壳为原材料利用炭化和氢氧化钾（KOH）活化两步法制备活性炭,通过单因素实验考察了炭化温度、活化过程（活化温度、活化时间、碱炭比）以及十二烷基苯磺酸钠（SDBS）改性条件（质量分数、焙烧温度、焙烧时间）对咖啡壳活性炭的水蒸气吸附性能的影响,确定咖啡壳活性炭的最佳制备条件。采用热重分析仪、全自动比表面和孔径分析仪、元素分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、实验室pH计、Boehm滴定法和扫描电子显微镜等对咖啡壳活性炭的物理化学特性进行了表征。利用恒温恒湿试验箱测试了咖啡壳活性炭的水蒸气非平衡吸附实验,研究了活性炭孔结构和表面化学性质与吸附性能之间的关系;利用动态吸附实验装置获得了咖啡壳活性炭的水蒸气吸附平衡数据并利用Do-Do吸附模型的有限简化模型来拟合相应的吸附等温线,利用Clausius-Clapeyron方程计算了不同样品的吸附热力学;利用动态吸附实验装置进行了水蒸气吸附动力学测试,通过Lagergren准一级动力学方程、准二级动力学方程和Bangham方程对吸附动力学曲线进行了拟合,最终分析了水蒸气在咖啡壳活性炭上的吸附机理。主要研究结论如下:（1）咖啡壳活性炭的最佳制...
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
咖啡壳表2.1实验所需主要仪器设备
第二章实验材料与方法10测试水蒸气动态吸附性能的吸附实验系统如图2.2所示。将氮气从气瓶出口处分为两路直接引入吸附实验系统中：一路气体直接与混合室连接；另一路气体通过由低温恒温槽（LTB）加热的蒸馏水鼓泡获得过热蒸气后经冷凝器将过热水蒸气进行冷凝降温，从而获得接近饱和状态的水蒸气，然后与干燥氮气在混合室中混合。由于在相同的温度下，相对湿度和相对压力是一一对应的关系。因此，相对压力可以通过相对湿度来计算。在水蒸气等温吸附实验过程中，湿空气流量保持在500mL/min，相对湿度通过调节质量流量计（MFC）控制，吸附柱进出口气体的相对湿度由温湿度传感器（THTB）检测。吸附柱出口处气体的浓度在吸附过程中逐渐增加，当其增加至进口浓度且变化范围不超过3%状态下保持在30min以上时，认为吸附过程达到吸附平衡状态。实验系统中所有管道均采用具有程序控温功能的电加热带和硅酸铝保温棉进行保温，以保证实验过程中系统温度的稳定。图2.2水蒸气等温吸附实验系统示意图。MFC：质量流量计；Mixingtank：混合灌；Condenser：冷凝器；LTB：低温恒温槽；THTB：温湿度传感器；Adsorptioncolumn：吸附柱；MTHR：多通道温湿度记录仪。2.3.2水蒸气非平衡吸附测试方法利用分析天平称取质量为1g左右的干燥咖啡壳活性炭样品（每个样品分别称取两份）放入称量瓶中并标记，置于吸附温度为25℃、相对湿度为70%的可程式恒温恒湿试验箱中进行水蒸气非平衡吸附实验，对定时称量做记录。称重时间间隔由0.5h、1h到2h逐渐变化，当两组测量值之差小于3%时，认为水蒸气吸附达到饱和状态。咖啡壳活性炭对水蒸气的吸附量q可以通过表达式（2.4）计算。
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面活性剂改性纳米羟基磷灰石对Cd2+吸附研究[J]. 尹英杰,楚龙港,朱司航,李阳,晏朝睿,商建英. 农业环境科学学报. 2019(08)
[2]SDBS改性桑杆吸附剂对Cd2+的吸附机制试验研究[J]. 韦岩松,李秀玲,梁小满,陈冬梅. 湿法冶金. 2019(03)
[3]最优炭化工艺下辣椒秸秆基活性炭的制备及表征[J]. 李海红,刘雨倩,王宁. 过程工程学报. 2017(05)
[4]响应面法优化咖啡壳基高性能活性炭活化条件的研究[J]. 刘萍,王红斌,李桂镇,杨敏,方秀英. 生物质化学工程. 2017(02)
[5]Preparation of active carbons from corn stalk for butanol vapor adsorption[J]. Yuhe Cao,Keliang Wang,Xiaomin Wang,Zhengrong Gu,Tyler Ambrico,William Gibbons,Qihua Fan,Al-Ahsan Talukder. Journal of Energy Chemistry. 2017(01)
[6]基于KOH活化法的核桃壳基活性炭制备及其表征[J]. 赵阳,高建民,郝新敏,陈瑶. 安全与环境学报. 2016(02)
[7]咖啡壳在木质复合材料中的应用[J]. 汤正捷. 科技风. 2016(04)
[8]KOH活化法制备棉秆基活性炭的研究[J]. 耿莉莉,张宏喜,李学琴. 湖北农业科学. 2015(14)
[9]活性炭制备及其活化机理研究进展[J]. 张本镔,刘运权,叶跃元. 现代化工. 2014(03)
[10]KOH活化丝瓜络制备高比表面积活性炭[J]. 李园园,陈少华,张召基,石建稳,汤凤霞. 化工进展. 2012(06)
本文编号：3538542
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
咖啡壳表2.1实验所需主要仪器设备
第二章实验材料与方法10测试水蒸气动态吸附性能的吸附实验系统如图2.2所示。将氮气从气瓶出口处分为两路直接引入吸附实验系统中：一路气体直接与混合室连接；另一路气体通过由低温恒温槽（LTB）加热的蒸馏水鼓泡获得过热蒸气后经冷凝器将过热水蒸气进行冷凝降温，从而获得接近饱和状态的水蒸气，然后与干燥氮气在混合室中混合。由于在相同的温度下，相对湿度和相对压力是一一对应的关系。因此，相对压力可以通过相对湿度来计算。在水蒸气等温吸附实验过程中，湿空气流量保持在500mL/min，相对湿度通过调节质量流量计（MFC）控制，吸附柱进出口气体的相对湿度由温湿度传感器（THTB）检测。吸附柱出口处气体的浓度在吸附过程中逐渐增加，当其增加至进口浓度且变化范围不超过3%状态下保持在30min以上时，认为吸附过程达到吸附平衡状态。实验系统中所有管道均采用具有程序控温功能的电加热带和硅酸铝保温棉进行保温，以保证实验过程中系统温度的稳定。图2.2水蒸气等温吸附实验系统示意图。MFC：质量流量计；Mixingtank：混合灌；Condenser：冷凝器；LTB：低温恒温槽；THTB：温湿度传感器；Adsorptioncolumn：吸附柱；MTHR：多通道温湿度记录仪。2.3.2水蒸气非平衡吸附测试方法利用分析天平称取质量为1g左右的干燥咖啡壳活性炭样品（每个样品分别称取两份）放入称量瓶中并标记，置于吸附温度为25℃、相对湿度为70%的可程式恒温恒湿试验箱中进行水蒸气非平衡吸附实验，对定时称量做记录。称重时间间隔由0.5h、1h到2h逐渐变化，当两组测量值之差小于3%时，认为水蒸气吸附达到饱和状态。咖啡壳活性炭对水蒸气的吸附量q可以通过表达式（2.4）计算。
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面活性剂改性纳米羟基磷灰石对Cd2+吸附研究[J]. 尹英杰,楚龙港,朱司航,李阳,晏朝睿,商建英. 农业环境科学学报. 2019(08)
[2]SDBS改性桑杆吸附剂对Cd2+的吸附机制试验研究[J]. 韦岩松,李秀玲,梁小满,陈冬梅. 湿法冶金. 2019(03)
[3]最优炭化工艺下辣椒秸秆基活性炭的制备及表征[J]. 李海红,刘雨倩,王宁. 过程工程学报. 2017(05)
[4]响应面法优化咖啡壳基高性能活性炭活化条件的研究[J]. 刘萍,王红斌,李桂镇,杨敏,方秀英. 生物质化学工程. 2017(02)
[5]Preparation of active carbons from corn stalk for butanol vapor adsorption[J]. Yuhe Cao,Keliang Wang,Xiaomin Wang,Zhengrong Gu,Tyler Ambrico,William Gibbons,Qihua Fan,Al-Ahsan Talukder. Journal of Energy Chemistry. 2017(01)
[6]基于KOH活化法的核桃壳基活性炭制备及其表征[J]. 赵阳,高建民,郝新敏,陈瑶. 安全与环境学报. 2016(02)
[7]咖啡壳在木质复合材料中的应用[J]. 汤正捷. 科技风. 2016(04)
[8]KOH活化法制备棉秆基活性炭的研究[J]. 耿莉莉,张宏喜,李学琴. 湖北农业科学. 2015(14)
[9]活性炭制备及其活化机理研究进展[J]. 张本镔,刘运权,叶跃元. 现代化工. 2014(03)
[10]KOH活化丝瓜络制备高比表面积活性炭[J]. 李园园,陈少华,张召基,石建稳,汤凤霞. 化工进展. 2012(06)
本文编号：3538542
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