载银烧结活性炭的制备及性能研究

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由于具有巨大的比表面积和优异的吸附性能,粉末活性炭被广泛应用于污水处理、饮用水的深度处理等方面,但是,由于其颗粒细小,在使用过程中容易造成粉尘污染,不易进行回收利用。烧结活性炭(SinteredActive Carbon, SAC)作为成型活性炭的一种,具有固定的尺寸和强度,便于运输和回收,且应用中无粉尘污染。本文以椰壳制粉末活性炭(Active Carbon,AC)为基料,聚乙烯(Polyethylene, PE)为高分子粘结剂,采用热压烧结工艺制备烧结活性炭。考察了原料质量组成比、热压时间和热压温度对SAC的密度、强度、微观结构的影响,获得较佳的制备工艺为:原料比为3:1,热压温度150oC,压力为15Mpa,热处理时间30min。通过对比原料AC和SAC对亚甲基蓝吸附行为及N2吸(脱)附曲线的分析,结果表明:制备的SAC的吸附行为与AC相似,可知PE作为制备烧结活性炭的一种新型粘结剂,在稍微降低比表面积的前提下,大大地提高烧结活性炭的机械性能。开展SAC吸附亚甲基蓝(MB)动力学及其吸附机理的研究。通过考察MB初始浓度、温度及时间对吸附作用的影响,表征SAC的吸附特性。建立了Langmuir、Freundilch等温模型及准一动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内扩散方程,研究了SAC的亚甲蓝吸附等温线及吸附动力学,探讨了其吸附机理。结果表明:吸附初期的吸附作用随温度和浓度的增加而显著增强,Freundlich方程能更好地描述吸附等温线。吸附初期为准一级动力学过程,吸附后期为准二级动力学过程。吸附热力学研究结果发现吸附过程为自发的吸热过程,且ΔH~θ和ΔS~θ分别为10.875kJ/mol和0.0515kJ/(mol·K)。借助于超声绿色化学法,以葡萄糖为还原剂,在淀粉溶液中还原AgNO3制备纳米银溶胶,再通过超声浸渍法制备了抗银流失和抗菌显著的载银烧结活性炭(Ag/SAC)。采用原子吸收法测定不同超声浸渍时间的样品的含银量,以扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析观察样品表面及断面的银的负载情况及其晶型结构,以静态氮吸附仪测定了Ag/SAC的比表面积及微观的孔隙结构,研究了在动态和静态中样品的银流失情况及其对大肠杆菌(Escherichia coli)及金黄色葡萄球菌(Staphyloccocus aureus)的抗菌性能。结果表明,随着超声浸渍时间的增加,单质银在样品的表面吸附逐渐增加,且粒径也随之增加,样品断面载银较表面慢,当t=15min时,断面几乎没有银吸附。Ag/SAC的比表面积和吸附能力较之载银前稍稍降低,但是吸附的行为保持不变。制备的Ag/SAC具有显著的抗菌作用,载银量为9.20mg/g时,其对大肠杆菌抗菌的最低抑菌浓度为50mg/L,对金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度为100mg/L。Ag/SAC具有很好的抗银流失性能,水中静态的浸泡几乎不会使其Ag粒子溶出,当加以振荡会有少量的Ag粒子释放出来,且释放的速率很低。
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