Page 186 - 《精细化工》2023年第1期
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·178· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷
理。实现木焦油的资源化利用可带动巨大的经济效 等温线和 BET 法计算 WAC 的比表面积;利用 X 射
益和社会效益。木焦油的资源化利用方式主要有以 线光电子能谱仪(美国 Thermo Fisher Scientific 公
下几种:一是直接作为燃料使用, 或精制成化石燃 司,ESCALAB 250Ⅺ型)分析 WAC 表面官能团和
料的替代物;二是用作沥青改性剂,改善沥青的低 元素组成;通过扫描电子显微镜(日本 JEOL 公司,
温性能和抗疲劳性能,木焦油还可有效降低老化沥 JSM-6490LV 型)观察活性炭的形貌特征;通过 X
青的黏度,同时还可提高针入度;三是木焦油及其 射线衍射仪 (德国 Bruker Corporation 公司,
馏分中含有多种化工生产原料,提取单组分化工原 D8ADVANCE 型)对 WAC 晶体结构和结晶度进行
[6]
料可实现木焦油的高附加值利用 。木焦油中含有 测定。
大量的含氧物质,使燃烧热值显著降低 [7-8] , 阻碍了 1.4 吸附特性实验
其作为燃料的应用。经萃取、蒸馏、二次热解等预 1.4.1 动力学曲线测定
处理后,会得到与初始木焦油的成分和相对含量相 在 100 mL 质量浓度为 100 mg/L 的亚甲基蓝溶
差巨大的木焦油预处理产物。采用蒸馏或超临界提 液中加入 40 mg WAC,置于 30 ℃恒温气浴振荡器
质等技术,会导致生产成本提高,提质后木焦油的 中,在不同的吸附时间内取 3 mL 样品溶液过滤后,
应用仍存在一些问题和不足 [9-11] 。 用紫外-可见光分光光度计(上海菁华科技仪器有限
基于此,本文以木焦油为碳源,针对其含酚量 公司,721 型)于波长 664 nm 处测定溶液的吸光度,
高、沸点低等特点,通过甲醛将其树脂化处理,固 计算吸附量。另设空白对照组,在不添加 WAC 的
化木焦油中的复杂酚类物质。以树脂化产物为前体, 情况下重复以上操作。平衡吸附量的振荡时间为
通过炭化-活化法制备活性炭材料。并以制备的活性炭 2 h。根据式(1)计算得出平衡吸附量。
为吸附剂,研究其对模拟水体中亚甲基蓝的吸附性能。 ρ ρ
q 0 e V (1)
e
m
1 实验部分 式中:q e 为亚甲基蓝在 WAC 上的平衡吸附量,mg/g;
ρ 0 为亚甲基蓝溶液的初始质量浓度,mg/L;ρ e 为亚
1.1 试剂
甲基蓝溶液吸附平衡时的质量浓度,mg/L;V 为亚
甲醛溶液(质量分数 37%)、浓盐酸(质量分数
甲基蓝溶液的体积,mL;m 为 WAC 质量,mg。
36%~38%)、亚甲基蓝(AR),国药集团化学试剂
1.4.2 等温吸附曲线测定
有限公司;氢氧化钾(AR),上海凌峰化学试剂有
配制一系列不同质量浓度(20、50、100、120、
限公司;木焦油,华电宿州生物质能发电有限公司。
150、200、300、400、500 mg/L)的亚甲基蓝溶液
1.2 木焦油基活性炭的制备
并分别取 50 mL 置于锥形瓶中,向各锥形瓶中加入
取 17 mL 甲醛溶液加入盛有 14 g 木焦油的烧杯
20 mg WAC,在 303、313 和 323 K 下研究该吸附剂
中,滴加 4 mL 稀盐酸溶液(2 mol/L),搅拌均匀;
对亚甲基蓝的吸附热力学性能,绘制等温吸附线。
烧杯密封后置于干燥箱中在 80 ℃下保温 12 h 得到
1.4.3 吸附剂的再生与循环利用
树脂状固体(FWT);将树脂状固体放于陶瓷坩埚内,
将首次使用后的吸附剂置于 2 mol/L 盐酸溶液
放置于管式炉中,在 N 2 气氛下升温至 500 ℃,保
中脱附 4 h,分离后用去离子水洗涤至滤液中性,
温 1 h,得其碳化物(CWT);得到的碳化物置于研
120 ℃干燥 2 h 后再循环使用。
钵中研磨后与氢氧化钾以质量比 1∶4 混合均匀,放
入管式炉内,N 2 气氛下升温至 800 ℃继续活化 1 h, 2 结果与讨论
煅烧样品管式炉内氮气氛下自然冷却至室温后,用
2 mol/L 盐酸浸泡,再经蒸馏水洗涤至 pH 为中性, 2.1 WAC 的结构表征
置于干燥箱内 100 ℃干燥 3 h,最终得黑色颗粒状 2.1.1 FTIR 和 XRD 分析
木焦油基活性炭(WAC),产率为 32.8%。 活性炭的吸附性能与表面化学性质有关。利用
1.3 表征 FTIR 对 WAC 表面官能团进行定性分析。研究 WAC
通过傅里叶变换红外光谱仪(美国 Thermo 表面官能团的种类、数量及表面化学性质。WT、
Fisher Scientific 公司,Nicolet 6700 型),采用溴化 FWT、CWT 和 WAC 红外光谱和 XRD 图谱如图 1
钾压片法分析 WAC 表面存在的有机官能团信息; 所示。木焦油中含有的各种酚类物质沸点低,易挥
以 N 2 为吸附介质,采用比表面积和孔结构分析仪 发。采用甲醛处理木焦油中酚类物质,使其树脂化
(美国 Micromeritics Instruments 公司,ASAP 2460 固定,以减少碳损失,可提高炭化产物和活性炭的
型)在–196 ℃下测定吸-脱附等温线,利用 N 2 吸附 产率。由图 1A 可知,木焦油组成在炭化和活化后