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活性炭中氯化物对硝酸盐上的选择性,除去有毒气体用活性炭纤维

2021-05-17 | 182

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活性炭中氯化物对硝酸盐上的选择性


活性炭是电吸附过程中最常用的电极材料,如用电容器去离子水进行水脱盐。 静电电容去离子是通过与通常的构成的带电电极的静电相互作用从水溶液中除去离子的循环过程。 目前的工作探讨了盐混合物对两种不同的一价离子氯离子和硝酸盐的离子选择性。 结果表明,在吸附和电吸附的过程中,活性炭去除的硝酸盐远远多于氯化物。
吸附实验:活性炭对硝酸盐有选择性。 图1显示的是硝酸盐和氯化物不作为活性炭粒子的细孔中的浓度硝酸盐到氯化物溶液中的平衡浓度比。 观察到硝酸盐吸附,即氯化物浓度是硝酸盐的3倍。 AC的表面化学为酸性基团,主要与含氧基团官能团的存在有关。 由于离子和官能团的相互作用强度在所有离子中都不同,因此观察到了对离子优先吸附的影响。 图1还显示了将溶液中各离子与不带电活性炭的相互作用作为拟合参数表示的4条理论曲线。 这些结果表明,通常用于生产电容去离子电极的商业活性炭材料对吸附电容去离子具有有利的亲和力。
初始离子浓度对容量的去离子选择性的影响:图2a和图2b表示平衡电吸附数据分离因子中作为离子吸附容量的函数硝酸盐到氯化物溶液中的浓度比。 观察到平衡电吸附数据在增加离子吸附容量的同时,还增加了硝酸盐在氯化物供给溶液中的浓度比。 在图2b中可以看到,从硝酸盐中发现,随着氯化物的氯-浓度比初期增加,由于浓度的差异,硝酸盐和氯化物在细孔中增加。 但在达到平衡之前,优先离子的电吸附由初始浓度比决定:溶液中浓度最高的离子主要是电吸附。 充电电压对CDI离子选择性的影响:图3a显示,在这方面,分离因子随充电电压下降,但亲和效果不大,在高电压下也继续发挥重要作用。 充电和离子吸附容量随充电电压的增加而增加。 图3d表示充电效率远远低于单位,这可以通过充电工序开始时从活性炭表面解吸阳离子来说明。 硝酸盐和氯化物的电吸附:离子选择性受动力学和平衡的控制。 图4a表示硝酸盐浓度达到一定值之前连续下降约30分钟,但氯化物浓度只下降约15分钟。 之后,观察到增加氯化物溶液中的浓度,这意味着硝酸盐离子逐渐被氯化物离子取代。 支持我们优先吸附的研究结果,在硝酸盐过量氯化物平衡的情况下,还进行了两阶段的电吸附实验。 图4 :溶液中的阴离子浓度和作为时间函数的分离因子。
在这项工作中,提出了硝酸盐和氯离子的吸附和电吸附数据。 平衡时,观察到微孔中的硝酸盐优先吸附在氯化物上。 有几个促进离子优先电吸附的因素,如离子的水合尺寸、离子与活性炭表面的相互作用等。 由于硝酸盐和氯化物的水合尺寸相等,得出的结论是硝酸盐优先吸附在氯化物上是由于离子和活性炭表面的化学相互作用。

活性炭吸附镝离子


随着混合动力汽车、电动汽车、风力涡轮、紧凑荧光灯的普及,稀土元素的几种化合物是智能电池生产的基本原料,因此稀土元素的需求和价格在上升。 其中钕(Nd  )、铕(Eu  )、铽(Tb  )、镝(Dy  )和钇(y  )被认为是五种重要的稀土元素。 现在从最常用的水中去除污染物的吸附剂是活性炭,其特征是气孔率高、表面积大、表面反应性高。 这次介绍镝离子在水溶液中吸附于两活性炭的物理化学研究。  
其次,用拉曼光谱法对两种活性炭进行了表征。 拉曼光谱法是用于活性炭材料的有用技术,因为光谱形状不仅因活性炭的同质异型体种类丰富而急剧变化,还因各个同质异型体的微细结构变化而引起。 从这个意义上说,多晶石墨表现出g带和d带两个峰。 这些带通常分别起因于E  2g和A  1g的面内振动模式,碳材料的石墨化度通常用I  G/I  D表示。 拉曼光谱的值。 图2示意性地示出了两种振动模式。 在该方式的部分a中,表示呼吸模式a1g(d带),在b部分中表示振动模式e(g带)。 图2 :振动模式方案: (a  )呼吸模式A  1g(D峰值)和(b  )振动模式E  2g(G峰值)。
活性炭吸附镝离子的实验:我们的系统研究了三种不同的参数对溶液pH值、镝离子浓度和活性炭量两种活性炭吸附能力的影响。 溶液pH值的影响:为了分析溶液pH值对吸附过程的影响,用三个不同的pH值(3到5 )进行了实验。 因此,向200mL含有5mgl镝离子的溶液中加入了30mg活性炭。 两活性炭在不同pH下的吸附量和接触时间的关系图如图3所示。 图3 :溶液的pH值对两活性炭的影响。 浓度的影响:研究了浓度2.5、5和10 mg/L及固定量(30 mg  )活性炭的3种溶液对浓度的影响。 所有实验都在室温下进行,结果如图4所示。 图4 :浓度对吸附率的影响。 活性炭量的影响:最后,研究了活性炭吸附量的影响。 使浓度5 mgL  -1的镝溶液接触不同量的2种活性炭(5、15、30和60 mg  )。 将结果绘制在图5中。 图5 :吸附百分率随活性炭吸附量的变化。 关于其他参数,对活性炭进行物理活化得到了良好的结果。 如所愿,吸附剂的量越多,吸附率越大。 但是,两种样品的行为大不相同。 对于物理活化活性炭,活性炭量从5 mg增加到15 mg时,吸附率急剧增加(从57%增加到99% )。 而且,实际上与吸附剂的量保持一定。 但是,化学活化活性炭很大程度上依赖于吸附剂的量,为10% (活性炭5 mg  )到96% (活性炭60mg  )。 只有最大吸附量的吸附百分比相当于物理活性化活性炭,此时达到类似吸附百分比所需的时间也更长。在吸附实验中,溶液的pH变化对活性炭的吸附有很大的影响,pH为4时可以得到很大的吸附。 正如预期的那样,溶液镝浓度的降低会增加吸附率。 另外,化学活性炭的情况下,镝吸收量随着吸附剂量的增加而逐渐增加。 对于物理活性炭,没有观察到这种效果,除了其中使用的最低量以外,吸附率实质上保持一定。 最后,温度的变化稍微改善了吸附过程。

除去有毒气体用活性炭纤维


与土壤和水污染不同,空气污染不仅是有污染源的空气,也是地方性的问题。 相反,大气污染的影响比较广泛。 因为它的特征,可以扩散到广阔的区域。 主要的空气污染物质有SO  x、NO  x、CO、CO  2、挥发性有机化合物(VOC  )和粉尘。 以前开发的具有多孔结构的材料从其大的比表面积和细孔体积中被用于工业精制和化学回收的应用。 加入活性炭的纤维提高了物理吸附能力、比表面积、细孔径分布。 对于SOX的吸附和NO  X等极性分子,也可以通过与活性炭表面官能团的特异性相互作用而增强。 在典型的工业条件下,SO  2吸附效率主要依赖于碳表面,而不是一般纹理参数的化学性质。 为了进一步改善这种活性炭纤维的气体吸附性能,正在研究通过在活性炭纤维的表面添加官能团或用过渡金属氧化物浸渍纤维来提高吸附效率和催化剂特性的方法。 因此,本文聚焦于对制备的活性炭吸附SO  2气体和电化学检测中潜在用途的评价。 还研究了氧化锌和氧化铜等各种金属氧化物掺杂剂在吸附SO  2气体中对活性炭纤维的作用。 评价了这些碳材料在化学及质地特性吸附有害气体中的潜在应用。
活性炭纤维是怎么制造的? 碳化前,把纤维在300的空气中稳定30分钟。 稳定化纤维在加热速度10C/min、保持时间1 h、氮气供给速度100 ml/h的条件下在氮气气氛中以1000C进行热处理。 热处理后的样品称为惰性纤维。 其次,准备KOH溶液作为化学活性剂。 把惰性纤维放在反应器内的铝制盘子里。 然后,以15 ml/g的浓度添加KOH溶液,在氮气中750C下对纤维进行3 h活性化。 加热速度为5/min,氮气供给速度为100ml/min。 反应后,用蒸馏水洗涤样品几次,除去残留的钾,在120的烘箱34中干燥24小时,制成活性炭纤维。 制作的活性炭纤维的表面形态:图1显示了ZnO粒子和ZnO负载活性炭纤维的表面形态根据ZnO浓度而变化的SEM图像。 形成花状的ZnO结构,ZnO粒子的直径为50170 nm。 根据EDS分析,ZnO粒子中Zn和o的含量分别为58.47%和41.53%。 在制备ZnA样品时,ZnO粒子分散在纤维表面。 另外,在低浓度下,ZnO粒子的形状不利于生长,活性炭成长为六方柱形状的能力受到抑制。 SEM图如图1所示。 CuO和ZnO粒子凝聚在试样中,这些凝聚物分散在试样的纤维表面。 根据SEM图像,部分活性炭的孔被CuO和ZnO粒子堵塞。 图1 :与掺杂ZnO的活性炭纤维及活性炭结合的CuO-ZnO的FE-SEM像。二氧化硫对BET表面积的吸附比较:调查各种催化剂载体的浓度增加对活性炭纤维吸附SO  2的化学作用,发现SO  2容量和表面性状之间有显着的相关性


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