炭基材料制备及其吸附性能研究报告.docx

1、炭基材料制备及其吸附性能研究报告研究性实验课程论文题目：炭基材料的制备及其吸附性能研究姓名：学院：专业：学号：指导教师：职称：教授中国二一二年十月目录摘要2关键词21引言21.1简介21.2碳基材料的制备方法21.3苯酚吸附过程31.4本论文研究内容32实验过程42.1 仪器42.2 试剂42.3操作步骤43实验结果与分析53.1标准曲线53.2选择适当的炭化条件63.3不同吸附条件对碳基材料吸附过程的影响73.4绘制吸附曲线84结果与讨论9参考文献9致谢10摘要：以苯酚为代表的酚类物质是水体中的重要污染物，吸附是一种经济高效的去除水中苯酚的重要手段。故而研究各种原料制成相应的碳基材料并探究其

2、对苯酚的吸附作用是一个很有前景的研究课题。在本实验中，创造性的采用了中筋面粉为原材料，先探究最佳的炭化条件，再选择相对较优的炭化材料探究该碳基材料对苯酚的吸附过程。探究过程通过紫外表征吸附过程残留苯酚浓度，进而表征面粉炭化后所制碳基材料的吸附苯酚的性能。关键词：碳基材料面粉优化条件苯酚吸附 紫外表征 1引言1.1简介：随着钢铁、炼油、石化、塑料、合成纤维等工业的飞速发展，工业有机废水的种类与数量日益增加。苯酚是一种常见工业污染物,具有极强的生物毒性。同时含酚废水是中最普遍最有代表性的一类工业有机废水,即使在低浓度下含酚废水也会对人体和微生物产生毒害作用。因此如何更加有效治理含酚废水,减少环境污

3、染,保护人类生存环境是一项长期有待解决的工程实际问题。所以研究如何去除水溶液中的苯酚这一酚类代表物质在环境保护领域有着十分重要的意义。在环境治理方面长期以来存在着治理费用较高、治理手段较复杂、治理技术含量高等特点，这些特点造成了环境治理的高成本，降低了企业对环境治理的积极性，导致了环境治理成效较差的现实。所以面对大规模的含酚废水寻找一种简单有效低成本的治理方法刻不容缓。在这样的需求下，碳基材料由于具有内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强同时脱附再生简便、生产使用成本低等特点，进入人们的研究视线。目前常见的碳基材料主要指活性炭，活性炭是以木材、果壳、煤等含碳材料为原料制备的一类具有发达孔隙结

4、构、大比表面积、强吸附能力的材料。针对传统活性炭制备原料木材资源短缺的问题，近几年又开发了花生壳、果壳、蔗渣、稻草秸秆等为原料制备活性炭，并取得了较好的成果。新原料的使用不仅减少了对木材资源的消耗，还进一步降低了成本且扩展了活性炭的性能。正是因为碳基材料有着这些无与伦比的优点，所以碳基材料在废水处理上有着长足的应用，因此我们需要研究碳基材料对苯酚这一代表性污染物的吸附作用，以改良碳基材料使之更好的为我们服务。1.2碳基材料的制备方法：1.2.1炭化过程炭化过程首先是对原材料的预处理，主要包括对原材料的破碎、粉碎和干燥过程。炭化过程常用的炭化方法主要有一步法和二步法。一步法是指一步达到炭化最终温

5、度分的方法；二步法是将一步法中500下炭化所得产物再进行第二次炭化，这主要是考虑到农村烧制出售木炭时炭化温度一般在500左右，研究二步法炭化过程可以使这些资源得以充分利用。在实际的研究过程更多的采用的是二步法炭化材料，第一步炭化第二步升温至活化温度进行活化。炭化时间则各有不同，而且差异较大不具备统一性。例如在林冠烽、程捷等人对杉木屑制备高活性木炭的研究中采用选用二步炭化的方法，用程序升温炉进行二步炭化实验。首先在500下制备炭化料，再将此炭化料作为第二步炭化的原料。第二步炭化以5/min的升温速度到4个不同的温度850，900，950，1000）并保温210h。而在张会平、叶李艺的研究中则采用

6、先在120温度下加热炭化12h。后在特制实验炉中在300700条件下活化30-300min。1.2.2修饰优化过程对碳基材料的修饰优化过程往往根据该碳基材料的目的用途不同而不同。在以吸附苯酚为目的的碳基材料制备过程常见的修饰方法有磷酸活化和磺化活化两种。一般磷酸活化常常在一步炭化之前对已粉碎干燥的原材料进行浸润，此浸润过程一般耗时较长多在12h以上，24h也较为常见。而磺化过程则多发生在炭化完成之后，相对于磷酸活化磺化过程用时较短但需要加热到一定的磺化温度。1.3苯酚吸附过程：对苯酚吸附过程的探究主要分为两个方面：一类是探究制成的碳基材料对苯酚的最终吸附量以筛选出最佳的碳基材料制备条件；另一类

7、是对特定碳基材料对苯酚的吸附过程进行探究，研究其吸附规律寻找该碳基材料的实际应用参数或对其吸附机理进行探究。一般情况下筛选碳基材料的最佳制备条件的过程相对较为单一，一般仅测定该碳基材料对苯酚的最终吸附量，以此为依据结合红外光谱、拉曼光谱、BET等表征手段综合考虑。对吸附过程及机理的探究则一般较为复杂，这一过程不仅要考虑吸附时间、吸附温度、初始吸附浓度对最终吸附量的影响，还需要注意考察整个吸附过程的吸附曲线。无论是做哪一类探究都需要测定苯酚的剩余浓度，测定苯酚浓度通常有可见分光光度法和紫外分光光度法两种方法。这两种方法在本质上原理相同，可见分光光度法虽然在操作上相对复杂，但是使用的仪器较为廉价；

8、而紫外分光光度法的使用相对较简便测定更加科学，但是仪器相对较为昂贵。1.4本论文研究内容：一般的碳基材料制备所使用的原材料多为木材、竹子、果壳、秸秆等资源或农业生产废弃物以节约生产成本，扩大碳基材料的生产范围，加强农业生产中废弃物的再利用。然而我们也应当注意到除了农业生产过程中会产生大量可再利用的废弃物，以生产加工完成的农产品也有可能因为各种各样的原因变质而不能再利用，故而我们选择了面粉这一原料制备碳基材料并探究其吸附性能。1.4.1探究不同炭化条件下制备的碳基材料对苯酚的吸附能力强弱，筛选出较合适的碳基材料进行下一步实验；1.4.2以筛选出的适当炭化条件下制备的碳基材料为样本，利用单一变量法

9、分别测定该碳基材料在不同吸附时间、吸附初始浓度、吸附温度下的吸附能力，以不同条件下的吸附后剩余溶液的吸光度为测量量，依据标准曲线计算其剩余苯酚浓度和吸附量，绘制曲线，讨论结果；1.4.3以第一步中筛选出来的合适碳基材料为参照，绘制该碳基材料在不同初始浓度下的吸附曲线，探究其吸附特点。2实验过程：2.1 仪器:烘箱、蒸发皿、药匙、坩埚钳、马弗炉、玻棒、烧杯、试管、碘量瓶250ml）、容量瓶碳基材料的制备取一定质量的原材料粉末，置于蒸发皿中选取合适的碳基材料准确称取各碳基材料0.1g于试管中，加入15ml0.1mg/ml的苯酚溶液，30下在恒温振荡器中震荡2h。震荡后过滤得滤液，滴加10滴10%N

10、aOH溶液，滤液稀释5倍后用紫外分光光度法测定其苯酚浓度。2.3.3绘制标准曲线(l原溶液的配置取2.500g苯酚溶于蒸馏水中定容至250ml，得10.00mg/ml苯酚溶液。再取1.00ml10mg/ml苯酚溶液定容至100ml，即得0.10mg/ml苯酚原溶液。(2配置系列标准溶液准确移取0.1mg/mL的苯酚标准溶液0.001号）、1.002号）、2.003号）、4.004号）、6.005号）、8.006号）、10.00mL标准曲线的测定选择苯酚的吸收波长200-400nm），用1cm石英比色皿，以溶剂空白实验准备仍有不足，缺少实验经验，没有设计出最优的实验方案；(2实验条件有限，部分实

11、验设计难以实现；(3缺少平行实验，不能验证实验结果。参考文献1.黄彪, 陈学榕, 江茂生, 高尚愚不同炭化条件下炭化物的结构与性能表征光谱学与光谱分析，2006年3月第26卷第3期:455-459；2.傅献彩 沈文霞 物理化学 南京大学化学化工学院 高等教育出版社 2005.7；3.尹业平，王辉宪 物理化学实验 北京：科学出版社 2006.3；4.左宋林,封维忠,高尚愚不同炭化条件下竹炭的电子顺磁共振南京林业大学学报(自然科学版 2005年11月第29卷第6期:77-80；5.张会平,叶李艺,杨立春化学活化法制备活性炭的正交实验分析化工科技,2004,12(2:3639；6.宁平, 杨月红,

12、彭金辉, 张世敏椰壳热解炭化热分析研究2006年3月第26卷第1期:49-52；7.张会平,叶李艺,杨立春氯化锌活化法制备木质活性炭研究 材料科学与工艺 2006年2月第14卷第1期:42-45；8.朱江涛，黄正宏，康飞宇，傅金和，岳永德活性竹炭对苯酚的吸附动力学 新型炭材料 2008年12月第23卷第4期:326-330；9.杨曼曼席小莉杨频变温下荧光猝灭和加强理论公式合理性的比较山西大学化学化工学院分子科学研究10.张会平，叶李艺，杨立春磷酸活化法活性炭的吸附性能和孔结构特性 化工进展 2004年第23卷第5期:524-428；11.王秀芳,张会平,肖新颜,陈焕钦苯酚在竹炭上的吸附平衡和动

13、力学研究 功能材料2005年第5期(36卷:746-749；12.林冠烽，程 捷，黄 彪，杨建华，吴新华高活性木炭的制备与孔结构表征 化工进展 2007年第26卷第7期:995-998；13.倪芳明浙江工业大学改性活性炭的制备及其吸附苯酚性能的研究 2018；14.王红斌，杨敏，陈毅坚，卢建杭，刘维活性炭自水溶液吸附苯酚的热力学探讨云南民族大学学报 : 1793180017.Lillo - Rdenas MA , Cazorla - Amors D , Linares - Solano A.J . Carbon , 2003 , 41 (2 : 267275致 谢在本次实验中，不仅了解了碳基材料的相关知识，还掌握了碳基材料的制备方法，并对其在不同条件下对苯酚的吸附进行了研究。除了熟悉基本操作之外，还学会了马弗炉的使用，并进一步了解与掌握了紫外分光光度计的功能与操作。在整理、处理实验数据的过程中，初步掌握了Origin绘图软件的使用，对Excel的应用也有了提高。尤为重要的是，学会了小组成员之间的团结、合作，毕竟一个人的能力、精力都是有限度的，总会有一些事项没有注意到，通过相互之间的协作，相互学习，共同进步。通过点滴学习，实践，无论是理论知识，还是实验操作，都有了些许提升。在此对指导老师XX老师的悉心教导深表感谢，一并对于我们小组的诸位成员的辛勤付出表示感谢。