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活性炭球磨后对电化学性能的影响’活性炭吸附水溶液中的锶离子

2020-11-12 | 15

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活性炭吸附水溶液中的锶离子


不同原料制成的活性炭具有不同的吸附能力和效果。 例如,由橄榄石制成的活性炭吸附剂对Pb2的吸附能力很强,由杏仁壳制成的活性炭具有竞争性的吸附能力。 锌、镉、铜离子的吸附是由杏仁壳、橄榄核和桃核制成的活性炭,这些活性炭在其表面应该具有碱性酸性官能团和比表面高的值。 用于生产活性炭的原料的性质在从水溶液中吸附重金属阳离子的过程中起着重要的作用。 这次研究了水溶液中锶离子对由果壳原料构成的活性炭的吸附。
实验材料法:使用2个来自坚果壳的活性炭样品进行了研究: (1)磷酸(460C下)化学活性化得到的活性炭果壳1;(2)物理化学活性化法蒸汽(960C下)制造的活性炭果壳2。 另外,吸附研究使用了试剂级硝酸锶。 在溶液中的各种锶离子浓度、一定的固液比和不同的温度(25-65C)下,测量了锶离子在活性炭上的吸附等温线。 用AAS-1分光光度计测定溶液中锶离子的平衡浓度。 结果研究图1显示的是活性炭上锶离子从水溶液中的吸附等温线。 如图1所示,即使是高平衡浓度,显示的等温线也有拐点。 坐标中锶离子的吸附等温线如图2所示。 通过外推曲线以图形方式获取logKads值。 活性炭的结构参数由Dubinin-Radushkevich方程基于苯吸附解吸等温线确定。 图1 :活性炭上水溶液中锶离子的吸附等温线。 图2 :坐标下活性炭上水溶液中锶离子的吸附等温线。
由锶离子的吸附平衡常数得到的吸附平衡常数为2,g0值分别为0.5 kJ/mol。 根据以前的数据,活性炭吸附剂h2o的水界面g0等于2.3 kJ/mol。 具有比溶剂(水)低的标准摩尔吸附微分自由能(g0 )的吸附剂不能从吸附剂表面(其空隙)置换,锶离子以比较高的平衡浓度被吸附,其值对这些离子的吸附量相当大(图1 )。 这种现象可以通过在低平衡浓度下锶离子与活性炭多孔结构中的水分子相互作用,形成Sr(OH  )离子来说明。 活性炭孔隙结构中Sr(OH  )的形成和扩散过程已经进行了实验。 在比较高的平衡浓度下,水分子不会因与羧基(-COOH  )、磷酸盐和多磷酸盐(P=O,COP  )的相互作用而被与活性炭结合的锶离子取代。 图3和图4分别表示不同温度下水溶液中锶离子对果壳1和果壳2活性炭的吸附等温线。 从提供的数据可以看出,随着温度上升,果壳1和果壳2在活性炭样品上的吸附值减少,但锶离子在果壳2上的吸附等温线的形状低的平衡浓度下的碳与果壳1在活性炭上的碳不同。 在高平衡浓度下,果壳2活性炭样品上锶离子吸附等温线的形状可以与果壳1活性炭相比较区别。 图3 :不同温度下活性炭果壳1上水溶液中锶离子的吸附等温线。 图4 :不同温度下活性炭果壳2上水溶液中锶离子的吸附等温线。实验结论:即使是相对较低的平衡浓度,活性炭果壳1上的水溶液中锶离子的吸附等温线也有2个拐点。 吸附值随着温度上升而下降,表示吸附过程散热。 锶离子在活性炭1和2中标准吸附热值不同。 活性炭1的Q  0值高于样品2的Q  0值,分别等于8.6 kJ/mol和6.8 kJ/mol。 活性炭1上锶离子的吸附标准熵变化的绝对值很小,这与锶离子在吸附剂中的高迁移率有关,因此吸附可能是非局部存在的。

粉状活性炭的选择和投入使用时的注意事项

   粉状活性炭的应用应注意粉状流失过滤相应增大。 粉状活性炭主要用于废水的深度处理,污水和废水一般要经过预处理。 注意无大杂质,有效发挥粉状活性炭的吸附能力。 粉状活性炭在投入过程中首先要注意污水的水质。 

   有些源水水质差,水中有很大的杂质。 如果使用炭投入粉状活性的话,不能有效地净化水质,投入的粉状活性炭不能发挥作用。 粉状活性炭因为粒子小,其表面的细孔也小,所以用吸附力比体积大不能消化,投入水中后浮游的大粒的杂质首先被吸附,直接堵塞粉状活性表面的细孔失去吸附作用。 为了使我们在使用中能够有效地使粉状活性炭发挥其优越性和作用,应该先过滤投入前浮游的大粒杂质,然后投入粉状活性炭进行有效的深度净化。 此外,粉状活性炭的净化要注意设置隔离过滤器,粉状活性炭的颗粒小,在流动的水中容易被水冲走引起粉状活性炭的流失,如果不设置隔离过滤器则与水流一起排出,增加了在水处理中使用粉状活性炭的成本。

   使用高碘价粉状活性炭的一大特点是水质深度处理速度快,用粉状活性炭处理的水质净化标准高效,但与其他活性炭不同的是粉状活性炭的粒度小,在使用方法上需要注意与其他活性炭的区别。 粉状活性炭的使用需要注意的地方还不少。 在你选择产品的时候需要对你的行业进行选择。 为了做出最详细、最准确的判断,可以有效地降低你行业精确的选择产品的消费和使用成本。 了解粉状活性炭的使用方法后再使用。



活性炭球磨后对电化学性能的影响

电极的等效串联电阻主要归因于电解质,接触和本征电阻。接触电阻与活性炭颗粒之间以及颗粒与集电器之间的接触程度有关。固有电阻取决于活性炭颗粒的电导率,活性炭颗粒的电导率与其石墨化程度和孔隙率有关。所使用的活性炭的比表面积和允许电解离子进入从而形成双电层的孔壁的暴露程度是双电层电容器电极的比电容的决定性因素。为了获得活性炭的所需粒度或所需粒度分布,我们很好地采用了球磨技术,以制造为使用非水电解质的双电层电容器的活性材料。研究了球磨过程中活性炭的组织特性和颗粒形态的变化。还针对以不同粒度分布研磨的活性炭评估了其电化学性能。在有限的研磨时间内观察到了活性炭的粉化和孔隙率维持之间的权衡关系。   

活性炭球磨后的材料表征   首先准备高比表面积的活性炭大概比表面积超过3000。对于球磨工艺,使用行星式球磨设备,具有80毫升研磨空间的氧化锆碗和两种类型的氧化锆球。将样品活性炭在球磨机下粉碎10、90和120分钟,得到的活性炭分别称为炭10,炭90和炭120。未研磨的活性炭样品称为炭0。   电化学表征   活性炭为活性材料,乙炔黑作为导电剂,聚四氟乙烯作为粘合剂用研钵和研杵以8:1:1的质量比与乙醇混合。将混合物压制成片,然后将其冲压成盘。测量电极中活性炭的质量和电极厚度,提供活性炭体积密度。使用扫描电子显微镜在显微镜下观察电极的形态。   使用汞孔隙率计评估了制备的EDLC电极的介孔和大孔以及颗粒间的孔隙率。对于每个活性炭样品,将四块相同类型的电极(预先在140°C的真空中脱气>6 h)进行汞压入和压出顺序。使用汞孔隙率计120在低压范围(0.2–400 kPa)中执行此序列,并使用汞孔隙率计240在高压范围(最高200 MPa)中执行此序列,以在不同的平衡汞压力下提供压汞量。使用方程计算EDLC电极的累积孔体积。   

活性炭球磨后的材料特性   通过更改球磨工艺可生产出具有不同粒径的活性炭。获得了研磨活性炭的XRD图谱和拉曼光谱,如图1所示。在XRD图案,所有活性炭在2个显示有2个平缓隆起&theta; CA的值23和43&deg;。这些模式是涡轮层碳的特征,这意味着它们在石墨烯平面之间缺乏对应性。在炭120的XRD图谱中,在30&deg;处仅观察到一个微小的峰(由倒三角形标记),这被确认是由氧化锆球和用于活性炭研磨的碗的碎屑引起的。清楚地表明,所有活性炭的碳结构都是涡轮层,而研磨过程对这些碳结构影响很小。所有活性炭的拉曼光谱显示出由碳质结构产生的D带和G带峰。炭0,炭10,炭90的I d/I g值相似;而炭120则略低于其他。I d/I g的降低表明炭120减轻了石墨烯片的无序性。从X射线衍射和拉曼光谱的结果可以看出,当球磨时间限制在120分钟以内时,球磨过程中活性炭的结构变化很小。  图1:XRD图案和研磨时间之间的关系和活性炭的值。(a)X射线衍射图案,(b)拉曼光谱值。   图2图1显示了使用碾磨的活性炭的电极的表面形态及其粒径分布。随着研磨时间的增加,活性炭颗粒的尺寸减小并且电极表面处的活性炭颗粒之间的间隙减小。观察到,对于包含经受长时间研磨的活性炭的电极(炭90和炭120)产生了致密的表面结构。粒度分布表明,活性炭的模式(最常见)粒度随研磨时间而降低。炭0由粗颗粒组成,并允许直径>50 &micro;m的颗粒占主导地位,而炭120仅包含直径<6 &micro;m的细颗粒。应该注意的是,炭90在其粒度分布上出现了两个峰,这归因于在<8 &micro;m,残留的大颗粒为20&ndash;30 &micro;m。根据上述分布计算得出的研磨活性炭的颗粒性质显示。提示过度研磨会引起颗粒团聚,并且在120分钟的研磨过程中获得大程度的粉碎作用。  图2:使用球磨的活性炭双电层电容器(EDLC)电极的表面形态及其粒径分布。   通过水银孔隙率法评估了制备的双层电容电极的活性炭介孔和大孔以及颗粒间的孔隙率。图3显示了使用研磨的活性炭时电极的累积孔体积。随着孔径的减小,换言之,随着汞压入压力的增加,进入EDLC电极的汞的累积体积增加。所有电极均允许累积侵入体积线性增加,随着孔直径的减小,累积的侵入体积急剧增加。从EDLC电极的表面形态来看,如图2所示。,对应于线性体积末端的孔径与粒子间距离(活性炭粒子之间的间隙)一致。因此,合理的解释是,累积侵入体积在0.4 cm 3 g-1以上的变化表示电极的介孔和大孔,这是在活性炭颗粒内产生的。观察到,使用炭10的电极允许更大的大孔发展,而使用炭90的电极具有7&ndash;50 nm的最大中孔体积。使用炭0和炭120的电极表现出最差的宏观和中观孔隙度。使用炭10的电极具有相似的介孔和大孔,尽管它们的平均粒径有两倍的差异。  图3:使用水银压入孔隙率法获得的使用球磨活性炭的盘式EDLC电极的累积孔体积。   

不同粒径活性炭的电化学性能   通过在不同研磨时间和不同类型的氧化锆球下进行行星式球磨来进行粉碎。X射线衍射和拉曼光谱表明,在球磨过程中几乎不发生活性炭的结构变化。尽管炭90和炭120之间的差异很小,但炭120的比表面积比炭90低得多。孔径分布分析证实,在球磨过程中,活性炭中的孔改变了。直到90分钟的研磨时间,粉碎和孔隙率维持之间的权衡是显而易见的。但是,这种关系对于更长的铣削时间(120分钟)无效。在目前的球磨机理下,颗粒的粉碎变得饱和,而孔的变性随后随着磨削时间而进行。   



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