用镁盐和造纸草浆黑液制备“氧化镁/活性炭”复合材料及其吸附性能研究
以镁盐和造纸草浆黑液为原料得到含有氢氧化镁和木质素等有机物的混合物，经化学活化或物理活化制备“氧化镁/活性炭”复合材料。得到了用镁盐和造纸草浆黑液制备“氧化镁/活性炭”复合材料的最佳条件，采用比表面积及孔径分析、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(EDX)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热分析等现代分析手段对产物进行了分析表征，评价了这种镁系功能材料对水体中的阴离子染料、苯酚、铜离子，气相中的二氧化硫及催化裂化(FCC)汽油中硫化物的吸附性能。
化学活化法制备“氧化镁/活性炭”复合材料的条件为：硫酸镁用量1.5mo1·L-1，活化温度550℃，活化时间5h，氯化锌浓度3mol·L-1，固液比1:4，浸渍时间8h；氯化镁投加量0.5 mol·L-1，活化温度650℃，活化时间5h，氯化锌浓度1mol·L-1，固液比1:1，浸渍时间4h。所制备“氧化镁/活性炭”复合材料比表面积分别为480 m2·g-1和515.69 m2·g-1，平均孔径分别为2.62-10.131和3.57nm。样品中主要含有碳、氧和镁元素，杂质元素为硅、硫和锌。
物理活化法制备“氧化镁/活性炭”复合材料的条件为：硫酸镁投加量0.5mol·L-1，活化温度600℃，活化时间1h，二氧化碳流量100mL·min-1；氯化镁加入量0.75 mol·L-1，活化温度750℃，活化时间1h，二氧化碳流量150 ml·min-1。所制备“氧化镁/活性炭”复合材料比表面积分别为424.52 m2·g-1和495.03 m2·g-1，平均孔径分别为2.76 nm和3.23 nm。样品中主要含有碳、氧和镁外，还含有一定量硅。
研究了“氧化镁/活性炭”复合材料对水溶液中阴离子染料(活性蓝194和酸性棕28)、苯酚和铜离子吸附性能，考察了吸附时间、温度、初始pH值和初始浓度对其吸附性能的影响。发现：这种吸附材料对几种物质的吸附均是快速吸附过程，在实验温度范围内，对几种物质的吸附均遵循伪二级动力学模型，吸附过程可用Langmuir吸附等温式描述。热力学研究表明，“氧化镁/活性炭”复合材料对阴离子染料和铜离子的吸附是自发进行的吸热过程，对苯酚的吸附是自发进行的放热过程。“氧化镁活性炭”复合材料对活性蓝194和酸性棕28在30、40、50和60℃下的饱和吸附量分别为149.25、163.93、169.49、178.57 mg.g-1和161.29、166.67、181.82、196.08 mg.g-1；对苯酚在25、40、50和60℃下的饱和吸附量分别为67.43、61.73、54.82和41.98 mg·g-1；对铜离子在20、30、40和50℃下的饱和吸附量分别为73.05、77.52、80.13和85.11 mg·g-1。吸附饱和后的“氧化镁/活性炭”复合材料经550℃焙烧再生后，对活性蓝194、酸性棕28、苯酚和铜离子仍具有较好的吸附性能。
“氧化镁/活性炭”复合材料吸附二氧化硫研究表明，该材料对二氧化硫的吸附性能随吸附剂用量的增大而增加，随吸附粒度、温度及流速的增加而降低。干态吸附时，商品活性炭对二氧化硫吸附性能优于“氧化镁/活性炭”复合材料，湿态吸附，“氧化镁/活性炭”复合材料明显强于商品活性炭，吸附量达252.19mg·g-1。吸附机理研究表明：干态吸附时，“氧化镁/活性炭”复合材料对二氧化硫的吸附以物理吸附为主；湿态吸附时，“氧化镁/活性炭”复合材料对二氧化硫可与负载的MgO反应生成MgSO3，提高吸附效率。吸附饱和后的“氧化镁/活性炭”复合材料经750℃焙烧再生后，仍具有较好的脱硫性能。
“氧化镁/活性炭”复合材料吸附脱除FCC汽油中硫化物的实验表明，吸附剂粒度40～60目、固定床温度80℃、空速5.0 h-1、油剂比1:1时“氧化镁/活性炭”复合材料对FCC汽油脱硫效果最好，明显优于商品活性炭和氧化镁。经处理后，汽油中3-甲基噻吩、噻吩等含量明显减少，其中的苯并噻吩基本全部脱除。
上述研究表明，利用卤水中蕴藏丰富的镁盐(硫酸镁和氯化镁)和来自造纸制浆行业的主要污染物(造纸草浆黑液)制备的“氧化镁/活性炭”复合材料具有较好的吸附性能。本研究既为卤水中镁盐的大规模使用提供了新思路，又为经济有效地处理造纸草浆黑液提供一项新选择，同时制备出一种可用于治理污染物的吸附材料，达到了“三向”治理的目的。
镁盐;造纸草浆黑液;氧化镁;活性炭;吸附性能
中国海洋大学
博士
海洋化学工程与技术
王海增
2008
中文
TB33;TB34
158
2008-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）