废旧棉布制备活性炭纤维及其处理废水的研究

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活性炭纤维(Activated Carbon Fiber,ACF)通常采用聚丙烯腈纤维、粘胶纤维或酚醛纤维等材料作为前驱体,其价格昂贵,制约了ACF的大规模应用。可考虑利用每年大量产生的由棉纤维组成的废旧棉布作为ACF的前驱体替代材料,以降低ACF生产成本,同时为废旧棉布的资源化利用提供新的途径。  本文以废旧棉布作为ACF的前驱体材料,根据正交实验设计优化了ACF的制备条件,采用氮气吸附法、红外光谱分析(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)分析、X射线衍射分析(XRD)、环境扫描电子显微镜(ESEM)等对ACF进行表征,并将其用于吸附处理六价铬微污染水和油田采出水,研究了吸附时间、投加量、pH值等对吸附效果的影响,探讨了吸附过程的吸附热力学和动力学。结果表明:  以80%磷酸溶液为溶解剂对棉布进行部分溶解后,再采用7.5%(NH4)2HPO4溶液进行预浸渍,经700℃炭化30min,800℃、0.5L/min CO2活化30 min后得到的ACF碘吸附量为1120.3mg/g。活化温度对该过程影响显著。  自制ACF表面积789m2/g,孔径集中于0.5~2nm范围内,平均孔径1.93nm,微孔孔容所占比例为58.8%; ACF呈纤维状(纤维直径11.7×2.6μm),碳含量85.08%;具有石墨化结构;ACF表面具有C=C、C-O-C、C=O、COOR等基团,表面碳含量为91.51%,有利于对污染物的吸附。  当微污染水中Cr(Ⅵ)浓度为1.0mg/L,ACF剂量为0.5g/L,pH未调的情况下,293K吸附180min可去除98.33%的Cr(Ⅵ)。Cr(Ⅵ)在ACF表面的吸附符合Freundlich吸附等温模型,是一个物理为主的过程,自发吸热。ACF对水中Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学反应。  当油田采出水COD为335mg/L,pH未调的条件下,ACF剂量为4g/L,293K下吸附20h,可去除油田采出水中80%以上的COD。COD在ACF表面的吸附符合Sips吸附等温模型,是一个自发吸热的物理过程。ACF对油田采出水中COD的吸附符合准二级动力学反应。
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