活性炭拥有丰富的孔状结构,具有内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的特征,能够吸附水中浓度较低、其它方法难以去除的物质,在废水处理、脱硫、有机溶液回收、空气净化、半导体等众多应用领域都有广泛的用途。超临界技术作为秸秆资源化利用的新途径,得到了广泛的研究和应用。然而在秸秆的超临界前处理过程中,对产生的固体残渣尚无合理的处置方法。本论文利用亚/超临界技术对生物质秸秆进行水解中产生的残渣为原料,制备为具有吸附能力的活性炭,以增加秸秆的利用价值,提高秸秆能源化的经济性。本文的主要研究内容及结论如下:以秸秆糖化残渣为原料,分别以磷酸和氯化锌为活化剂制备活性炭,探讨了活化温度、活化时间、固液比、浸渍时间等因素对秸秆活性炭吸附性能的影响,并进行了利用所制备的活性炭吸附双酚A的动力学研究和热力学研究。结果表明,当以稻草糖化残渣为原料,以磷酸作为活化剂,活化温度为900°C,活化时间为60 min,固液比为1:5,浸渍时间为12 h时,得率42.3%,制得稻草活性炭的碘吸附值可达到1011.7 mg·g-1,亚甲基蓝吸附值116.5 mg·g-1,比普通市售活性炭吸附量约高12.4%。以氯化锌作为活化剂,活化温度为900°C,活化时间为90 min,固液比为1:5,浸渍时间为12 h时,得率46.3%,制得的稻草活性炭的碘吸附值可达到1201.1 mg·g-1,亚甲基蓝吸附值146.5 mg·g-1,比普通市售活性炭吸附量高约33.4%。选用最优条件下制备的活性炭样品应用于模拟废水中双酚A （BPA）的吸附。氯化锌活性炭比磷酸活性炭有较好的吸附性能。35℃时,氯化锌活性炭对亚甲基蓝的吸附量最大值为214.1 mg·g-1,对双酚A的吸附量最大值为123.2 mg·g-1。磷酸活性炭和氯化锌活性炭吸附BPA时具有相似的动力学及热力学特征:二者与Langmuir模型拟合度均高于0.99,说明是单分子层吸附;吸附动力学符合准二级动力学方程,说明存在化学吸附。热力学研究显示,△H>0,说明吸附为吸热过程;△G<0,说明吸附质倾向于从溶液中吸附到吸附剂表面,反应过程是自发进行的;△S>0,说明亚甲基蓝在活性碳上的吸附是熵推动过程,固/液相界面上分子运动更为混乱。通过亚超临界预处理稻草秸秆以及对稻草秸秆残渣的利用,经计算可以得出1 t稻草秸秆产糖210 kg,产生的稻草秸秆残渣可以生产300 kg磷酸活性炭或320 kg氯化锌活性炭,分别产生1766.70元和1932.59元的产值。
