一种SDS改性PAN基活性炭对水中MB吸附性能及机理研究

摘要

有机染料在生产和使用过程排放到环境中对人类和其他生物的健康构成极大的威胁。而亚甲基蓝(methylene blue，简称 MB)，是其中有代表性的有机染料。活性炭吸附是人们消除自然环境中MB污染最有效途径之一。一直以来，工业废料的再利用很少受到重视。而每年工厂生产聚丙烯腈（polyacrylonitrile，简称PAN）的损耗率高达7％，PA N是一种常见的廉价商业产品和回收材料。因此，开展M B活性炭吸附和PAN资源再利用的研究具有重要的意义。将聚丙烯腈制成活性炭，并用十二烷基硫酸钠对活性炭进行改性。得到一种能吸附水溶液中MB的活性炭PAC-SDS.并对其吸附效果和吸附机理进行了实验分析。主要研究结果表明:
　　(1)通过吸附实验进行了吸附条件的优化和探索，结果表明，PAC-SDS吸附MB的最佳条件为：100 mg/L的MB溶液中，PAC-SDS的最佳投加量为0.01 g；pH值为10或11，最大吸附量为227.82 mg g-1。
　　(2)采用红外光谱、X射线光电子能谱分析、BET和扫描电子显微镜对PAC-SDS的物理和化学性质进行了分析，结果表明，与纯活性炭相比，改性活性炭具有更多的官能团。
　　(3)在上述优化pH和投加量条件下，对PAC-SDS在不同吸附时间下的吸附量进行动力学分析，吸附过程符合拟二阶动力学模型，且相关系数 R2为0.998以上。在活性炭接触亚甲基蓝的15分钟之内，吸附量迅速达到210 mg g-1，吸附过程持续很长一段时间内吸附量仅增加17 mg，直到吸附达到平衡。PAC-SDS对MB的吸附速率在一定程度上表明了吸附过程主要是化学吸附。
　　(4)在上述优化 pH和投加量条件下，对 PAC-SDS在不同初始浓度下的过程进行吸附等温线的绘制和线性拟合，选取弗罗因德利希和朗格缪尔模型做吸附等温线的解析。结果表明吸附过程更为符合弗罗因德利希模型，且相关系数 R2为0.98。KF的高值表明：PAC-SDS对 MB有较高的吸附容量和亲和力。随着温度的升高，KF增加表明：较高的温度有利于吸附，吸附是吸热的过程。
　　(5)在上述优化 pH和投加量条件下，对 PAC-SDS在不同初始浓度下的过程进行热力学分析：PAC-SDS对MB的吸附过程是自发吸热的。
　　(6)在上述优化 pH和投加量条件下，对 PAC-SDS在不同背景电解质浓度下的吸附效果进行了分析：低浓度的NaCl对PAC-SDS的吸附效果几乎没有影响，而随着NaCl浓度的进一步增加，PAC-SDS的吸附效果下降。
　　(7)解吸是反映吸附剂经济价值的重要步骤，用0.5 mol L-1盐酸作为剥离剂对吸附了MB的PAC-SDS进行了解吸：随着解吸循环的增加，吸附能力逐渐降低。但在解吸循环六个周期后，PAC-SDS对MB的吸附能力任不少于150 mg g-1。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 水环境中有机染料

1.1.1 有机染料污染来源及危害

1.1.2 有机染料的一种：亚甲基蓝

1.1.3 有机染料污染处理方法

1.2 活性炭在水处理中的应用

1.2.1 活性炭应用历史与现状

1.2.2 活性炭结构与性能

1.2.3 活性炭吸附机理

1.2.4 活性炭水处理中应用实例

1.3 活性炭吸附材料研究进展

1.3.1 活性炭的改性

1.3.2 聚丙烯腈基活性炭研究

1.4 本课题的提出和研究内容简介

第2章 改性活性炭的制备与表征分析

2.1 引言

2.2聚丙烯腈基活性炭的制备与改性

2.2.1 主要试剂

2.2.2 主要仪器

2.2.3 聚丙烯腈基活性炭的制备

2.2.4 聚丙烯腈基活性炭的改性

2.3 改性活性炭的表征测定和分析

2.3.1 改性活性炭的表征测定

2.3.2 红外光谱测量结果分析

2.3.3 比表面积测定结果分析

2.3.4 X射线光电子能谱分析

2.3.5 场发射扫描电子显微镜结果分析

2.4 本章小结

第3章 改性活性炭吸附和解吸MB的性能研究

3.1 引言

3.2 吸附实验

3.2.1 实验药品和主要仪器

3.2.2 实验设计

3.3 解吸实验

3.3.1 实验药品和主要仪器

3.3.2 实验设计

3.4 实验结果分析与讨论

3.4.1 吸附剂剂量的影响

3.4.2 pH值对亚甲基蓝吸附影响

3.4.3 吸附动力学分析

3.4.4 吸附等温线分析

3.4.5 吸附热力学分析

3.4.6 干扰离子强度对亚甲基蓝吸附影响

3.4.7 解吸分析

3.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢