利用啤酒废酵母制备活性炭及其吸附催化性能研究

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活性炭(AC, Activated Carbon)具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积,吸附容量大,能有效地去除环境中的污染物质,是一种优良的吸附剂,啤酒酵母属于真菌类,含有丰富的炭元素,是制备活性炭的可选廉价原料。以废啤酒酵母为原料,制备粉末活性炭(PAC, Powder Activated Carbon )、颗粒活性炭(GAC, Granular Activated Carbon)和载锰活性炭(Mn/PAC, Powder Activated Carbon supported Manganese) ,以亚甲基蓝(MB, Methylene Blue)溶液模拟染料废水,甲苯模拟挥发性有机气体(VOCs, Volatile Organic Compounds),考察这三种活性炭吸附与催化降解性能。一步活化法制备PAC是采用NaOH溶液预先浸渍废啤酒酵母,而后高温活化制备而得,考察活化时间、活化温度、废啤酒酵母与NaOH的质量比对PAC吸附性能的影响,通过正交实验得到PAC的最佳制备方法,即废啤酒酵母与NaOH的质量比为10:2,活化时间为4h,活化温度为550℃,最佳条件下制备的PAC的比表面积为670m2/g,孔容积为0.387ml/g,平均孔径为2.3nm,由PAC的红外吸收光谱图分析可知,PAC表面存在着-NH2、-OH、C=O等官能团,XRD分析可知PAC主要由无定形炭构成,PAC对MB的最大吸附量为392.0±22.1mg/g。以水玻璃作为粘结剂,以最佳活化条件下制备的PAC为原料制备GAC,取2mm粒径的GAC对MB进行吸附,GAC对MB的最大吸附量为65.47±4.542mg/g。以甲苯模拟VOCs,考察PAC与GAC对甲苯的吸附,PAC对甲苯的吸附效果要强于GAC,PAC与GAC对甲苯的吸附可以在2h内达到平衡,PAC对甲苯的最大吸附量为76.37±7.98mg/g , GAC对甲苯的最大吸附量为41.20±1.62mg/g。通过PAC与GAC对苯与甲苯的竞争吸附可以发现PAC与GAC对甲苯的吸附要优于对苯的吸附。载锰活性炭(Mn/PAC)的制备是废啤酒酵母先吸附Mn2+,而后经NaOH浸渍,高温活化制备而得。Mn/PAC的比表面积低于PAC,由XRD与XPS分析可知Mn/PAC上负载的化合物是MnO2,考察Mn/PAC的吸附与催化性能,Mn/PAC的吸附性能差于PAC,将PAC与Mn/PAC应用在高级氧化处理MB中,可以发现加入Mn/PAC可以明显提高MB的降解效率,催化臭氧氧化降解MB的效果高于单独臭氧氧化和加入PAC催化臭氧氧化,3种氧化反应均较好的符合二级动力学方程,Mn/PAC催化臭氧氧化MB的二级动力学常数为0.0002L/(mg·min),高于单独臭氧氧化0.00006L/(mg·min)和PAC催化臭氧氧化0.0001L/(mg·min)。
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