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张掖市活性炭干燥剂变色

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 张掖市活性炭干燥剂变色


 



氢氧化钠改性活性炭的实验方案



 



氢氧化钠改性活性炭的实验方案



徐理想



1 氢氧化钠改性活性炭的制备  



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1.1 活性炭预处理



参考一:活性炭样品在使用前用去离子水反复洗涤数次,以除去表面浮尘和杂质,直至洗涤过滤水的pH值与去离子水的pH值相同,然后105℃的烘箱中恒温干燥24 h。放于干燥器中备用。



参考二:将一定量的活性炭放入烧杯中,加入适量的去离子水在电炉上加热煮沸30 min,再用去离子水洗涤至水变清为止,以除去活性炭表面的灰分和杂质,洗涤后的活性炭真空抽滤后放入烘箱中干燥过夜。



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1.2 氢氧化钠溶液碱化活性炭



   取预处理后活性炭25g,于100ml不同浓度(1.0 mol/L 、2.5 mol/L、5mol/L)的氢氧化钠溶液中,将其置于恒温水浴振荡器中,在水温为60℃下,轻微振荡2h,并浸渍24h。改性结束后,对反应液进行抽滤,直至清洗液与蒸馏水的pH 值基本一致,然后于110 ℃烘干至恒重,即为产品。



2 表征



分别对改性前后活性炭进行表征。



2.1 比表面积的测定



可用比表面积测定仪测定(可找王小东老师实验室测定)。也可采用其他方法。



取7个洗净干燥的带塞锥形瓶,编号,每瓶称活性炭1g( 准确至毫克) ,按下表绘出的数据,配置各种不同浓度的醋酸溶液。



瓶号             1     2    3    4     5     6      7 



V(HAc)a/ml    100   75   50   30    20    10     5



蒸馏水/ml         0    25   50   70    80    90     95



aC(HAc)=0.4mol/l



将各瓶加好样后,用磨口塞塞好,并在塞上加橡皮套,置恒温调速震荡机中振荡,使吸附达平衡。由于稀溶液较易达平衡,而浓溶液不易达平衡,因此在振荡30min 后,先取稀溶液进行滴定,同时让浓溶液继续振荡。



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为求得吸附量应准确标定醋酸的原始浓度C0和吸附后的平衡浓度Ce,可用0.1mol·dm-3的NaOH溶液滴定。其中C0只要滴定原来0.4mol·dm-3HAc即可。而平衡浓度Ce则应在振荡完毕后,用带有塞上玻璃帽的橡皮管吸取上部清洁溶液,再用NaOH溶液滴定。由于吸附后HAc的浓度不同,所取体积也应不同。1~2号瓶各取10ml;3~4号瓶各取20ml;5~7号瓶各取40ml。



由吸附平衡前后,各瓶中乙酸溶液浓度的变化,根据下式计算活性炭对乙酸的吸附量:



注意:



(1)在浓的HAc溶液中,应该在操作过程中防止HAc的挥发,以免引起结果较大的误差;



(2)本实验溶液的配制用不含CO2的蒸馏水进行。



2.2 活性炭含氧官能团的测定



活性炭表面酸性含氧基团的测定使用Boehm滴定法。根据Boehm方法,只有酸性强的羧酸基团能与NaHCO3发生中和反应,因而NaHCO3的消耗量即可用来表征活性炭表面羧酸基团的含量;而碱性较强的Na2CO3除了能中和羧酸基团外,还能与活性炭表面内酯基反应,因而用Na2CO3的消耗量减去NaHCO3的消耗量即得到活性炭表面内酯基团的含量;强碱性的NaOH除了能与活性炭表面羧酸基团和内酯基团作用外,还能与酸性弱的酚羟基反应,因而NaOH的消耗量减去Na2CO3的消耗量,即得到活性炭表面酚羟基的含量。



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分别称取1.0g(±0.5mg)样品放入3个250ml磨口锥形瓶中,依次加入25ml浓度为0.1mol/L的NaOH,Na2CO3,NaHCO3溶液;在30℃、150次/min条件下,恒温振荡吸附24h,静置,过滤,用适量的去离子水洗涤滤纸及样品,将其表面游离的过量碱洗入滤液中;取滤液以0.1mol /L HCl 溶液进行反滴定,以甲基橙做指示剂。其中NaHCO3中和滴定羧基,Na2CO3中和滴定羧基和内酯基,NaOH 中和滴定羧基,内酯基和苯酚基。从测定结果的差值即可计算出羧基、内酯基、酚羟基数量。



2.3 红外光谱的测定



2.4 零电点(pHPZC)的测定



参考一:表征活性炭表面酸碱性的一个重要参数是pHPZC,即水溶液中固体表面净电荷为零时的pH值,可采用质量滴定法来测定。质量滴定法[70]是指在一定离子强度(如0.01 mol/



的NaNO3)的水溶液中不断加入一定量的活性炭,直至pH值不变为止,这一终点的pH值



即为pHPZC。用0.1 mol/L的HNO3和NaOH溶液配成pH分别为3,6,11的NaNO3溶液(0.01



mol/L)。采用分批平衡法,将活性炭样品按质量递增(0.1%,0.5%,1.0%,5%,10%,



15%,20%)的顺序分别加入到50 mL不同pH值的NaNO3溶液中。密封后在摇床上振荡



24 h,测定pH值,取其渐近不变值为pHPZC。



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参考二:质量滴定法是指在一定离子强度(如0. lm ol /L N aC I) 的水溶液中不断加人一定量的活性炭直至pH不变为止, 这一pH值即为pHPZC。不同的初始pH对测定结果有影响, 越接近于pHPZC,结果越准确。因此, 我们采用两步法, 方法如下:在pH=7下测定pHPZC, 将2g干燥的活性炭置于100mL细口瓶中, 并加人pH为7的0.05mol/LNaNO3溶液50.0 mL , 用高纯氮吹脱进一步脱除CO2, 用带有聚四氟乙烯隔膜的橡胶塞密封后,在摇床中25℃下振荡48h后测定pH , 该pH值即为pHPZC0, 然后以pHPZC0为初始pH , 活性炭用量分别为0.05g , 0.25g, 0.5g , 1.0g, 2.5g , 5g。 如上法振荡48 h 后, 测定pH , 确定pHPZC。



3. 改性活性炭对重金属离子的吸附性能研究



为了研究活性炭对重金属离子的吸附性能,本课题选取Zn2+重金属离子进行吸附性能的研究。主要考察吸附时间、改性方式、吸附剂投加量、反应pH等因素对吸附效果的影响。



3.1 吸附时间的影响



称取GAC0.5g于250mL锥形瓶中,移入100rnL浓度为10mg/L的Zn2+溶液。密封锥形瓶,于室温下分别振荡10、20、30、40、50、60min。分别取样,抽滤,得滤液,用原子吸收法测定溶液中金属离子含量。



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3.2 改性方式影响



称取GAC、10%N一GAC、70%N一GAC各0.5g于250mL锥形瓶中,移入IO0mL浓度为10mg/L的Zn2+溶液。密封锥形瓶,于室温下振荡30min。分别取样,抽滤,得滤液检测金属离子含量。



3.3 投加量影响



各称取GAC、10%N一GAC、70%N一GAC为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6g于锥形瓶中,移入100mL浓度为10mg/L,pH为中性的Zn2+溶液,于室温下振荡40min。分别取样,抽滤,得滤液检测金属离子含量。



3.4 pH影响



移取100mL浓度为10mg/L的Zn2+溶液溶液于5个250mL锥形瓶中,用一定浓度的NaOH或HCl溶液调节其pH值分别为2.0、3.0、4.0、5.0、6.0,称取GAC0.2g,将锥形瓶密封,于室温下振荡60min。取样,抽滤,得滤液检测金属离子含量。



3.5 吸附温度的影响



移取100mL浓度为10mg/L的Zn2+溶液溶液于6个250mL锥形瓶中,,再称取0.2g改性活性炭加入其中,分别在20℃、30℃ 和40℃ 恒温吸附一定时间( 间歇振荡) 。然后,分别于震荡时间10min、20min、30min、1h、2h、4h 过滤,用原子吸收法测定溶液中金属离子含量。通过差减法可以计算不同时间改性活性炭对金属离子的吸附量,并绘制吸附动力学曲线。( 分别做未改性活性炭和氧化改性活性炭) 。



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