活性炭從制漿工藝的黑液制成
在紙漿生產(chǎn)過程中，從制漿過程中裝載有機(jī)材料的廢水被排出。因此，在處理這些污水之前應(yīng)進(jìn)行水處理。處理黑液的傳統(tǒng)方法是通過熱處理來回收化學(xué)品，在處理過程中特別是堿性制漿，是非常困難的。為了克服處理此類廢物對環(huán)境影響和加強(qiáng)這種廢物的利用。使用這種流出物生產(chǎn)活性炭能省略廢水處理步驟和獲得許多工業(yè)所需的產(chǎn)品。在這方面，本文涉及評估黑液產(chǎn)生的活性炭的結(jié)構(gòu)。
官能化材料，例如纖維素衍生物和活性炭已經(jīng)在許多領(lǐng)域上應(yīng)用，特別是對于螯合金屬和除去從廢水中的有機(jī)和無機(jī)污染物。活性炭可以從很多前體材料中生產(chǎn)，關(guān)于使用紙制漿過程的黑液，大多數(shù)方法是通過沉淀從黑液中分離木質(zhì)素。在本文中，由制漿產(chǎn)生的黑液用于生產(chǎn)活性炭。此外，基于黑液生產(chǎn)的活性炭的性能將與之前生產(chǎn)的稻草和甘蔗渣紙漿纖維制成的活性炭進(jìn)行比較。
黑液及其活性炭制造
研究了黑液產(chǎn)生的活性炭的效率，黑液這是由制漿過程產(chǎn)生的廢棄物。首先把廢水進(jìn)行沉淀晾曬，將干燥的黑液使用磷酸活化，然后在不存在空氣的橫管狀熱解爐中450℃進(jìn)行60分鐘炭化。接著用蒸餾水洗滌活性炭直至它們變?yōu)橹行圆⒃?05℃的烘箱中干燥，對得到的成品進(jìn)行多方面的的測試。
黑液的元素分析
由制漿工藝中纖維產(chǎn)生的黑液中主要元素有C，N，H，O和S。這些內(nèi)容與黑液的化學(xué)成分有關(guān)，黑液主要是脫木質(zhì)素木質(zhì)素，碳水化合物(主要是水解半纖維素)和制漿劑硫。從多種制漿工藝中了解，發(fā)現(xiàn)有些工藝中黑液中C含量較高，我們建議具有較高C含量的黑液便于制造活性炭。
制成活性炭的結(jié)構(gòu)分析和表面的紋理
圖1顯示了活性炭在-196℃的氮?dú)馕降葴鼐€和孔徑分布及其紋理特征。從看到的圖1中，活性炭的吸附等溫線在很大程度上受到制漿工藝的類型的影響。但是使用蘇打制漿黑液作為前體從活性炭獲得的等溫線遵循I型吸附等溫線。活性炭的氮吸收在非常低的相對壓力下略微增加，隨后在平臺形式中略微吸附增加，相對壓力增加至1，表明存在微孔性。但是，來自亞硫酸鹽的中性亞硫酸鹽制漿的活性炭的等溫線提供了I型和II型的吸附等溫線，這反映在碳結(jié)構(gòu)中存在一些中孔。
圖1：氮在各種活性炭上的吸附等溫線。
對于SEM研究的情況，活性炭的形態(tài)顯示出不均勻和粗糙的表面(圖2)。在放大倍數(shù)為40000時，可以看出表面被硅磷酸鹽晶體覆蓋。來自稻草的蘇打制漿黑液的活性炭具有較高的硅磷酸鹽晶體。然而，使用中性亞硫酸鹽制漿黑液的活性炭中只有較低的晶體。
圖2：幾種黑液制成的活性炭SEM。
FTIR光譜和SEM在表面功能基團(tuán)并根據(jù)該制漿工藝的研究基于活性炭的形態(tài)學(xué)的變化在圖2示出。關(guān)于FT-IR光譜(圖3a，b)，很明顯活性炭的表面具有強(qiáng)帶，其分配為酚木質(zhì)素，羧酸或吸附水的OH伸縮。因?yàn)樘K打制漿導(dǎo)致從原料中更高的二氧化硅去除，并且因此黑液中的二氧化硅含量更高。發(fā)現(xiàn)不同官能團(tuán)為特征的活性炭表面已準(zhǔn)備好進(jìn)行吸附過程。
圖3：兩種不同原料制成活性炭的FTIR分析。
在本研究中，采用了一種新方法來增強(qiáng)使用制漿工藝中生產(chǎn)的黑液。使用這些副產(chǎn)物作為活性炭生產(chǎn)的前體將保護(hù)環(huán)境免于處理這些流出物。通過三次制漿過程制漿，估算農(nóng)業(yè)制漿過程的選擇性，即蘇打，亞硫酸鹽和中性亞硫酸鹽，并評估活性炭生產(chǎn)中產(chǎn)生的黑液副產(chǎn)物。制漿過程的變化伴隨著原料中纖維中脫木素和半纖維素的變化，因此，使用磷酸作為化學(xué)活化劑對產(chǎn)生活性炭的黑液成分和多孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
本文作者：董帝豪
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