zncl2活化干馏法小麦秸秆炭对甲醛的吸附研究

2015 毕业论文专题百手起驾 整理为您分类号： TQ424.1 学士学位论文氯化锌活化干馏法小麦秸秆炭对甲醛的吸附研究系 院 名 称 化学与化学工程学院 指 导 老 师 学 生 姓 名 张蓓 学 生 学 号 专 业、班 级 应用化学 2009 级 3 班 提 交 时 间 二 0 一三年五月 分类号： TQ4241百手起驾 整理为您目 录摘要2英文摘要2引言3实验部分31 实验仪器与药品42 实验步骤.52.1 氯化锌活化干馏法制备小麦秸秆炭52.2 甲醛标准曲线绘制 62.3 不同条件对甲醛的吸附效果影响62.3.1 炭用量对甲醛吸附效果的影响62.3.2 PH 值对甲醛吸附效果的影响 72.3.3 温度对甲醛吸附效果的影响72.3.4 吸附时间对甲醛吸附效果的影响82.3.5 最优条件下对甲醛的吸附82.4 吸附性能对比实验83 结果与讨论83.1 不同条件对甲醛的吸附效果影响分析83.1.1 炭用量对甲醛吸附效果的影响83.1.2 PH 值对甲醛吸附效果的影响 93.1.3 温度对甲醛吸附效果的影响103.1.4 吸附时间对甲醛吸附效果的影响113.2 对比实验结果分析113.2.1 炭量条件下吸附性能对比113.2.2 PH 条件下吸附性能对比 123.2.3 温度条件下吸附性能对比133.2.4 时间条件下吸附性能对比143.2.5 最优条件组合下吸附性能对比154 结论与展望154.1 结论 154.2 展望 15参考文献15致谢17分类号： TQ4242百手起驾 整理为您氯化锌活化干馏法小麦秸秆炭对甲醛的吸附研究张蓓（西安文理学院 化学与化学工程学院 陕西 西安 710065） 摘要：将小麦秸秆在 20%ZnCl2 溶液中浸泡活化 24h,调整升温速率为 3/min,于 550下干馏 90min 制小麦秸秆炭。研究了不同条件下氯化锌活化干馏小麦秸秆炭对甲醛的吸附性能，结果表明：炭用量为 2g，pH 为 7，温度为 30，吸附时间为 6h 条件下，吸附结果最优。采用未活化小麦秸秆炭和活性炭进行对比实验，氯化锌活化干馏法小麦秸秆炭对甲醛的吸附效果较好,最优条件下其吸附率可达 81.15%。关键词：氯化锌活化；小麦秸秆炭；甲醛；吸附The Study of the Adsorption of Wheat Straw on Formaldehyde Synthesized by Activated Distillation Method of Zinc Chloride Bei Zhang(Xian arts and science University Chemistry and chemical engineering college Xian in shaanxi 710065) Abstract: Wheat straw carbon was synthesized by wheat straw ,which was soaked in a solution of 20% ZnCl2 activating for 24 hour, adjusting heating rate at 3 per minute, and carbonizing for 90 minutes at 550 . Then we studied the Adsorption effect of wheat straw carbon on Formaldehyde which was synthesized by activated distillation method of Zinc chloride, the result showed that the absorption result is best when the neutral absorption solution was added two grams of wheat straw carbon , the absorption time was 6h and the absorption temperature was 30 .Using non-activated wheat straw carbon and activated wheat straw carbon to do a comparative experiment,.the result showed that the last one had a better absorption effect and the adsorption rate could reach for 81.15% in optimal conditions.Key words: Zinc chloride activation ;Wheat straw carbon ;Formaldehyde ; Adsorption 引言伴随一次性化石燃料资源的渐趋枯竭，生物质能源已成为世界各国普遍关注的话题。农作物秸秆作为生物质主要资源储量十分丰富。据统计近年来全国秸秆产量达 10 亿 t/a1。然而利用率很低除少数作为饲料外大部分没有得到利用在过去几年很多采用田边露天焚烧的办法不仅白白浪费了能源也污染了大气,近两年政府采监督禁燃，燃烧秸秆的现象得到控制但仍未得到很好利用。因此开发多种途径利用秸秆成为人们关注的热点。随着环境保护在全世界的开展，国内外的学者利用农业秸秆或农业废弃物，如水稻秸秆、玉米秸秆、核桃壳、小麦秸秆等进行改性制备成活性炭吸附处理废水中重金属和持久性有机污染物，并取得了良好分类号： TQ4243百手起驾 整理为您的效果。生物质炭具有孔隙度好、比表面积大、吸附能力强的特点，研究表明，生物活性炭对废水中无机重金属离子具有较好的选择性吸附能力 2，在净化水质，处理饮用水与微污染水方面有良好的效果。如采用臭氧生物活性炭工艺，可高效去除水中溶解性有机物和致癌突变物 3。三卤甲烷、卤代烃、游离氯、氨基甲酸酯类杀虫剂及某些重金属等，都可通过此种方法有效地去除，且不易产生二次污染 4。生物活性炭应用于烟气及环境中污染废气治理，可吸附 SO2和 NOx 等污染气体，进而起到脱硫、脱硝作用。Wey 等 5研究了炭载金属铜和铈脱硫剂的脱硫性能，效果良好。邱琳等 6则证明用碳酸钠溶液改性的活性炭脱硫，比普通纯活性炭脱硫剂的硫容提高近 30%。将秸秆制成性能优良活性炭,不仅是对其本身的一种环保回收利用,更能推动其他的环保产业进展,是顺应社会可持续发展的正确途径。经调查发现小麦秸秆炭具有类似活性炭表面含有氧元素的功能团，同时又具有独特的孔状结构。张继义等 7以小麦秸秆为原料制得生物炭，研究得到其对有机污染物如硝基苯等有较强的吸附能力。龚正军等 8研究发现其对水中的酸性染料有较好的吸附效果。所以用其来代替活性炭应用于生活与工业除杂中，既经济，又利于环境保护。甲醛是无色、具有强烈气味的刺激性气体，其 35%-40%的水溶液通称福尔马林。甲醛是原浆毒物，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后，会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛，也可发生支气管哮喘。室内空气中的甲醛主要来源于装修材料及新的组合家具使用的人造木板，如胶合板、大心板、中纤板、创花板(碎料板)中的钻合剂。遇热、潮解时，粘合剂中甲醛就释放出来。用做房屋防热、御寒的绝缘材料池沫，在光和热的作用下，老化后也可释放出甲醛。用甲醛做防腐剂的涂料、化纤地毯、化妆品、地板胶等产品，也可缓慢释放甲醛。每支香烟的烟雾中也含甲醛 20-88 微克。此外，还有少量甲醛来自室外的工业废气、汽车尾气及光化学烟等。甲醛可导致鼻癌、咽喉癌、皮肤癌、白血病、心脑血管等疾病。在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变，DNA 单链内交连和 DNA 与蛋白质交连及抑分类号： TQ4244百手起驾 整理为您制 DNA 损伤的修复、妊娠综合症、引起新生儿染色体异常、白血病，引起青少年记忆力和智力下降。目前国内除去甲醛的方法有化学法, 光触媒分解法, 吸附法。化学法是将化学试剂渍洒在空气中或家具里与甲醛发生化学反应达到清除目的。由于毒气是缓慢释放的, 化学法只能瞬间完成, 不可能不停喷洒药剂, 所以其效果并不理想, 且除去的气体较单一。光触媒分解法需用紫外光和专业人员, 中间产物有毒。吸附法是利用活性炭长时间不断吸附,没有二次污染目前市场上售的活性炭主要有椰壳炭、竹炭 9。竹炭吸附力差, 椰壳炭比竹炭好, 由于吸附速度慢, 吸附时量不够大, 室内空气净化中, 不能达到国家规定的室内空气质量标准 10。为此，本课题以小麦秸秆为原料,研究其在氯化锌活化后干馏所制得的炭对甲醛的吸附效果，探索最佳的吸附条件，并与未活化秸秆炭和活性炭的吸附效果进行对比。实验部分1 实验仪器与试剂表 1 实验仪器Tab 1 The experimental instruments仪器名称 型号 生产厂家紫外可见分光光度计 722 型 上海元析仪器有限公司SGM 高温管式炉 FW 80 型 洛阳市西格马仪器制造有限公司恒温水浴锅饲料粉碎机HH-2 型9FQ-320 型北京科伟永兴仪器有限公司广东友邦机械厂表 2 实验试剂Tab 2 The experimenal chemical reagents药品 化学式 品级 生产厂家小麦秸秆 富平氯化锌 ZnCl2 AR 天津市天力化学试剂有限公司盐酸 HCl AR 西安市西北化工试剂厂乙酸铵 CH3COONH4 AR 天津市天力化学试剂有限公司硫酸 H2SO4 AR 西安化学试剂厂冰乙酸 CH3COOH AR 天津市红岩化学试剂厂分类号： TQ4245百手起驾 整理为您乙酰丙酮 C5H8O2 AR 天津新通精细化工有限公司甲醛溶液 HCHO AR 天津市天力化学试剂有限公司氢氧化钠 NaOH AR 西安化学试剂厂2 实验步骤2.1 氯化锌活化干馏法制备小麦秸秆炭称取 75g 氯化锌，加入 300mL 蒸馏水中，配制成浓度为 20%的溶液备用。称取 30g 粉碎成粉末状的小麦秸秆，加入到配制好的氯化锌溶液中，搅拌使其完全浸润。静置 24h，滤去溶液，干燥箱中 120 条件下烘干备用。选择炭化温度550，升温速度 3/min，恒温时间为将浸泡烘干好的小麦秸秆装入高温管式炉内进行干馏。在干馏好的秸秆炭中加入 0.1mol/L 的盐酸加热煮沸，抽滤，蒸馏水洗涤至氯离子完全出去。再放入烘干箱中，120条件下烘干备用。a 秸秆 b 制得的炭图 1 秸秆原料和所制得的炭Fig 1 stalk and the prepared carbon将制得的炭在扫描电镜下观察，表面较光滑，由于小麦秸秆特殊的纤维结构，孔隙呈管状，分布方向一致。平均孔径为 150um，孔径较大，且大小分布平均，有利于对大分子的吸附。目前常见活性炭中，玉米秸秆炭的孔径为微孔，平均在2nm 以下，而竹炭则分布在 2nm 左右，但孔径大小不一，更适用于净化水处理方面。a 横剖面 b 侧剖面 图 2 氯化锌活化小麦秸秆炭扫描电镜图Fig 2 zinc chloride activation wheat straw carbon SEM分类号： TQ4246百手起驾 整理为您2.2 甲醛标准曲线绘制分别取 0.00、0.50、1.00、3.00、5.00、8.00ml 10.00g/mL 甲醛标准液于25ml 容量瓶中，摇匀。静置 10min 后，用乙酰丙酮作显色剂，60下恒温水浴15min,于紫外-可见分光光度计上测定显色后溶液在最佳吸收波长 412nm 的相应吸光度。 以扣除空白溶液吸光度的吸光度为纵坐标，甲醛含量为横坐标，绘制标准曲线 11。图 3 甲醛标准曲线Fig 3 Standard curve of acetylacetone2formaldehyde2.3 不同条件对甲醛吸附效果的影响2.3.1 炭用量对甲醛吸附效果的影响分别称取 0.5g、1g、2g、3g、5g 制得的样品炭，置于 5 个 50mL 锥形瓶中，分别加入 5.00mL 甲醛标准液和 20mL 蒸馏水，震荡后室温下静置，吸附甲醛 24小时后，用乙酰丙酮作显色剂，60下恒温水浴 15min,于紫外-可见分光光度计上测定显色后溶液在最佳吸收波长 412nm 下的相应吸光度。按照下式计算吸附率：w=c-c0/ c0式中 w 是吸附率; c 0 为溶液初始浓度(ug/mL); c 为吸附后溶液浓度(ug/mL)。 通过吸附率的计算，从而确定出甲醛溶液所需的最佳的炭用量。 2.3.2 pH 值对甲醛吸附效果的影响分别称取 2g 制得的样品炭，置于 5 个 50mL 锥形瓶中，分别加入 5.00mL 甲0 20 40 60 800.0.50.100.150.200.250.300.350.40 y=0.0765+0.0463xR2.983AbsorbanceFormaldehyde content/ug分类号： TQ4247百手起驾 整理为您醛标准液和 20mL 蒸馏水，调节 pH 梯度为 2、4、 5、7、9，震荡后室温下静置，吸附甲醛 24 小时后，用乙酰丙酮作显色剂，60下恒温水浴 15min,于紫外-可见分光光度计上测定显色后溶液在最佳吸收波长 412nm 的相应吸光度 12。通过吸附率的计算，从而确定出吸附甲醛溶液所需的最佳的 pH。2.3.3 温度对甲醛吸附效果的影响分别称取 2g 制得的样品炭，置于 5 个 50mL 锥形瓶中，分别加入 5.00mL 甲醛标准液和 20mL 蒸馏水，调节温度梯度为 20、30、40、50、60，震荡后于恒温水浴锅静置，吸附甲醛 24 小时后，用乙酰丙酮作显色剂，60下恒温水浴15min,于紫外-可见分光光度计上测定显色后溶液在最佳吸收波长 412nm 的相应吸光度。通过吸附率的计算，从而确定出甲醛溶液所需的最佳吸附温度。2.3.4 吸附时间对甲醛吸附效果的影响分别称取 2g 制得的样品炭，置于 5 个 50mL 锥形瓶中，分别加入 5.00mL 甲醛标准液和 20mL 蒸馏水，震荡后于室温下分别静置 1、2、4、6、12h，用乙酰丙酮作显色剂，60下恒温水浴 15min,于紫外-可见分光光度计上测定显色后溶液在最佳吸收波长 412nm 的相应吸光度。通过吸附率的计算，从而确定出甲醛溶液所需的最佳吸附时间。2.3.5 最优条件下对甲醛的吸附通过上述实验确定最优条件组合，并在此条件下进行甲醛吸附实验，60下恒温水浴 15min,于紫外-可见分光光度计上测定显色后溶液在最佳吸收波长412nm 的相应吸光度。计算制得的炭对甲醛的吸附率。2.4 吸附性能对比实验选用未活化的小麦秸秆碳和活性炭，通过乙酰丙酮分光光度法，采用 2.2 中相同实验步骤进行实验，测得不同条件下的吸光度，计算吸附率。所得结果与氯化锌活化小麦秸秆炭进行对比。3 结果与讨论3.1 不同条件对甲醛的吸附效果影响分析3.1.1 炭用量对甲醛吸附效果影响分析表 3 炭用量对甲醛吸附性能的影响Tab 3 Effects of amount on adsorption of formaldehyde by straw carbon 炭量/g 吸光度 A 吸附率/%0.5 0.081 68.81 0.078 70.082 0.064 76.043 0.066 75.195 0.075 71.36分类号： TQ4248百手起驾 整理为您0 1 2 3 4 56869707172737475767Adsorption rate/%Carbon contet/g 0 1 2 3 4 56869707172737475767Adsorption rate/%Carbon contet/g 图 4 炭用量对甲醛吸附性能的影响Fig 4 Effects of amount on adsorption of formaldehyde by straw carbon 由图 4 可以看出，在开始阶段，随着炭的质量的增加，脱除率增加，说明吸附剂用量未达到饱和，需加大秸秆炭用量。随用量增大，脱除率增速放缓，2.00g处基本达到平衡，当用量大于 2.00g 时，吸附量无增长，说明吸附剂用量在 2.00g处即与炭用量比例为 50g/2.0g 时达到饱和。由图 4 可以看出，秸秆炭用量大于 2.00g 后，吸附量有缓慢减少。对于一定浓度的甲醛溶液来说，随着秸秆炭用量的增加，吸附效率也随之增加，因为当溶液浓度一定时吸附剂量增加，可供吸附的活性位点增多，吸附剂上吸附的吸附质绝对量增加，而达到吸附平衡时，吸附质的平衡浓度降低，因而吸附去除率升高，但吸附容量却随着吸附剂量增加而降低，其原因是吸附剂量增加，过量吸附剂不能被充分利用，产生空余