Page 169 - 《精细化工》2020年第4期

第 4 期 王邓峰，等: 萝藦绒活性炭纤维的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能 ·803·

P 和 O 元素，说明活性炭纤维表面可能存在部分酸 活性炭纤维拉曼光谱（图 1h）呈马鞍状，为典型类
–1
性官能团，利于吸附阳离子染料。 石墨炭材料谱图，其中 1381 cm 处出现的 D 峰，
由 XRD 谱图（图 1g）可知，萝藦绒原纤维在 代表活性炭纤维晶格存在缺陷，表明活性炭纤维为
15.0°、22.3°和 34.5°具有明显特征衍射峰，其分别 石墨化无序材料；同时，活性炭纤维在 1611 cm –1
对应（101）、（002）和（040）晶型，是典型的纤维 处出现尖锐的强峰（G 峰），表明其具有石墨化微晶
素Ⅰ β 结构。炭化后纤维的衍射峰型发生显著变化， 结构，进一步说明活性炭纤维石墨化程度较高 [31] 。
其中活性炭纤维中（002）晶型特征峰明显变宽，峰 采用 BET-BJH 方法测试了萝藦绒活性炭纤维
位右移，系类石墨微晶细晶化结构的特征谱图 [30] 。 的比表面积及孔径分布，结果如表 1 所示。

表 1 萝藦绒及活性炭纤维的微孔指标与商用活性炭的对比 [12,28-29]
Table 1 Micropore parameters of Mj-fiber, prepared ACF and commercial ACFs [12,28-29]
3
3
2
2
样品 比表面积/(m /g) 微孔比表面积/(m /g) 介孔孔容/(cm /g) 总孔容/(cm /g) 平均孔径/nm
萝藦绒 7.342 1.581 0.004 0.004 5.089
本文活性炭纤维 1882.003 474.919 0.703 1.357 3.056
废旧棉纤维 [12] 1368.670 986.090 0.445 0.621 6.950
ACF-0 [30] 886 — 0.129 0.670 —
DARCO [31] 773 — 0.41 0.59 —
R008 [31] 657 — 0.16 0.76 —
PK13 [31] 696 — 0.24 0.47 —
注：ACF-0、DARCO、R008、PK13 均为原文中对应商用活性炭简称；“—”表示原文未提供该项数据。

由表 1 可知，制备的活性炭纤维具有较高的比表 由图 2 可知，30 min 内，碱处理纤维及活性炭
面积和发达的介孔结构。相较于原纤维，活性炭纤维 纤维吸附速率较快，随后曲线趋缓，吸附速率下降，
2
的比表面积增长至原来的 256 倍，高达 1882.003 m /g， 直至 4 h 后吸附达平衡，此时活性炭纤维亚甲基蓝
平均孔径由 5.089 nm 减小至 3.056 nm；同时，活性 吸附率高达 98.9%，吸附后染料澄清透明；而碱处
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炭纤维总孔容增至 1.357 cm /g，表明活性炭纤维有 理纤维仅为 43.2%，吸附效果不明显。
大量孔隙。与目前商用活性炭相比，实验制备的活 此外，本文采用准一级动力学方程（2）和准二
性炭纤维具有高比表面积和高总孔容等性能优势。 级动力学方程（3）对吸附实验结果进行拟合，计算
这主要归因于本文采用的高渗透性复配活化剂，实 得到的参数列于表 2。
现了对中空萝藦绒内外表面的高效活化，使其在吸 ln(Q  Q )  lnQ  K t （2）
e e 1 t
附过程中拥有更大接触面积和更高吸附容量。 t  1  t （3）
2.2 吸附速率与动力学参数 Q t K Q e Q e
2

测试了萝藦绒活性炭纤维对亚甲基蓝溶液的静 式中：Q e 和 Q t 分别为平衡时和 t 时刻活性炭纤维对
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态吸附速率曲线，并与碱处理后的萝藦绒进行对比， 亚甲基蓝的吸附量，mg/g；K 1 （min ）和 K 2 〔g/
结果如图 2 所示。 （mg·min）〕分别为准一级和准二级吸附速率常数。

表 2 不同纤维对亚甲基蓝吸附的动力学参数
Table 2 Kinetic parameters of different fibers for methylene
blue absorption
准一级动力学 准二级动力学
饱和吸 方程拟合 方程拟合
样品 附量/ Q e/ K 1/ R 1 Q e/ K 2/ R 2 2
2
–1
(mg/g) (mg/g) min (mg/g) 〔g/(mg∙
min)〕
碱处理
77.434 75.575 0.185 0.976 79.953 0.004 0.964
纤维
活性炭
178.021 169.082 0.288 0.975 176.999 0.032 0.996
纤维
图 2 不同纤维对亚甲基蓝的吸附速率曲线
Fig. 2 Adsorption rate curves of different fibers for 由表 2 可见，活性炭纤维对亚甲基蓝吸附的准
methylene blue 二级动力学方程拟合系数 R 2 （0.996）高于准一级动
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