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廢棄材料合成活性炭吸附脫硫
银牛娱乐首页:韩研网络部 更新时间:2019-9-27 16:00:41

  吸附脫硫是在溫和條件下去除有害硫的可靠技術。活性炭材料具有許多優點,並且經常用于吸附脫硫研究,但是直到現在,活性炭的制作方法越來越複雜並且對于脫硫的能力有限。本期我們使用廢棄材料經過碳酸氫鈉輔助發酵法生産具有高比表面積和豐富的含氧官能團的活性炭原料。與使用常用方法制得的活性炭脫硫相反,所制得的活性炭顯示出優異的吸附性能,並且能夠實現戊硫醇的超深度脫硫。因此,我們提供了一種合成具有高吸附性能的吸附劑的簡單方法,並且我們期望這些吸附劑可用于工業吸附脫硫。

  脫硫活性炭合成的方法

  有些废弃材料是不可生物降解的材料,因此会带来环境问题。但是,这些问题可以通过回收和再利用来解决。以前也有人使用这种废弃材料制备活性炭,方法包括在约500°C的温度下对原材料进行碳化,然后将所得样品进行物理活化过程,然后进行HNO和NaOH化学活化等。另外,金属和金属氧化物已经被添加到活性炭材料中以进一步增强吸附性能。因此,为了避免引入金属并简化合成步骤,对合成方法的进一步研究变得极为重要。首先,将5.05 g的废弃材料颗粒和10.2 g的KOH研磨并混合,然后转移到50 mL的蒸馏水中并在60°C下搅拌,该过程的目的是去除废弃材料的表面杂质。将获得的样品过滤,洗涤并干燥。然后,将得到的黑色固体与​​碳酸氢钠分别以1:1、1:1.5和1:2的质量比混合。最后,将所得混合物在氮气氛下在800℃下煅烧2小时。所制备的材料标记为活性炭1、1.5、2(图1a)。

  图1 :(a)是活性炭合成的示意图。(b和c)活性炭和炭1.5的SEM图像。

  吸附脫硫實驗測試

  通过将适量的戊硫醇溶解在正辛烷中来制备具有不同初始硫浓度(15、28、38和48 ppm)的模型燃料。使用类似的方法来制备含有27 ppm S的丁硫醇模型燃料。吸附过程包括将0.1 g活性炭和20 mL模型燃料添加到50 mL锥形烧瓶中,并在一定温度下搅拌该混合物。使用气相色谱-火焰光度检测器确定残留的硫浓度。

  接下來,確定各種活性炭的吸附性能,包括使用碳酸氫鈉輔助發酵法制備的活性炭。結果在圖2中給出。炭1.5從戊硫醇中去除了較多的硫,實現了相對較高的吸附能力。相反,在相同的實驗條件下,沒經過碳酸氫鈉制成的活性炭吸附能力相對較差,僅去除了23.8%的硫。被測活性炭從戊硫醇中去除的硫的百分比遵循趨勢炭1.5(99.7%)>炭1(98.6%)>炭2(79.9%)>活性炭(23.8%)。多孔吸附劑的優異性能可歸因于路易斯酸堿,其源自活性炭中的含氧官能團,強範德華相互作用,分層多孔結構和高比表面積。

  圖2:通過各種活性炭從戊硫醇中去除的硫的百分比。

  基于以上结构表征和实验结果,得出了吸附机理。戊硫醇分子中的强路易斯酸S原子与活性炭中来自氧原子的一对电子相互作用。大孔和中孔的存在有助于活性炭的比表面积增加,暴露出更多的内部原子,并促进了质量传递,从而使吸附剂易于与硫化物接触。关于炭1.5的工业应用前景,考虑了硫的初始浓度对吸附性能的影响。如图3所示,对于初始含硫量分别为15、28、38和48 ppm的模型燃料,炭1.5的平衡吸附容量为每克吸附剂3.0、5.6、7.6和9.6 mgS。值得注意的是,在此浓度范围内,吸附剂的硫去除率高于97%。这组结果表明该材料对于去除低浓度的硫化物具有明显的工业应用价值。

  圖3:初始硫濃度對活性炭1.5吸附戊硫醇的影響。

  用廢棄材料經過碳酸氫鈉輔助發酵法可用于制備活性炭,所得活性炭顯示出出色的吸附脫硫能力,可以從從戊硫醇中去除了99.7%的硫,並使用溫和的活性炭達到了幾乎完全的脫硫條件。出色的性能歸因于大孔和中孔,促進了質量轉移,戊硫醇分子中的強路易斯酸S原子與活性炭中氧原子對的電子相互作用。因此,該研究可爲制備用于清潔燃料工業生産的高效吸附劑提供動力。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,淨水活性炭.

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