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
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