活性炭是一種用途廣泛的多孔材料,其原料來源豐富,絕大部分植物材料都可來制備活性炭。煙梗是作為煙草工業(yè)的副產(chǎn)物,每年大量的煙梗資源被棄置或焚燒,既浪費資源又造成環(huán)境污染。降焦減害是煙草行業(yè)永恒的主題,但卷煙煙氣氣溶膠是一種復(fù)雜的體系,單一成分的吸附研究無法符合其過程,為此本文以廢棄煙梗為原料制備活性炭,并將其應(yīng)用到卷煙煙氣的降焦減害方面,從多種成分角度分析其吸附性能。主要的研究內(nèi)容與結(jié)果如下:1.以煙梗為原料,采用ZnCl_2活化法和H_3PO_4活化法制備活性炭,選取活化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù),活化溫度和活化時間三個主要因素,設(shè)計單因素實驗,考察不同水平條件下活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)變化,并通過Minitab軟件分析主要因素間的影響次序和交互作用。結(jié)果表明ZnCl_2活化制備的活性炭比表面積基本在1000m~2/g以上,H_3PO_4活化制備的活性炭比表面積最高為866m~2/g。以表面積為指標(biāo),ZnCl_2的活化效果要優(yōu)于H_3PO_4活化,并且ZnCl_2活化法可通過改變活化劑用量實現(xiàn)活性炭的孔結(jié)構(gòu)調(diào)整。2.利用煙梗疏松多孔的結(jié)構(gòu)特征,以微波對其進行膨脹,考察煙梗含水率、微波功率和膨脹時間對煙梗膨脹率的影響。利用膨脹梗為原料,ZnCl_2為活化劑制備活性炭,比較不同條件下的膨脹梗制備出活性炭的比表面積差異。結(jié)果表明,活性炭的比表面積和膨脹梗的制備條件有關(guān),與膨脹率關(guān)系較小。煙梗含水率過大、過高膨脹功率和過長膨脹時間均不利于活性炭的制備。3.采用不同結(jié)構(gòu)活性炭作為濾嘴添加劑,研究其對主流煙氣中的7種主要有害物質(zhì)的吸附影響。結(jié)果表明孔結(jié)構(gòu)對7種有害成分的吸附效果區(qū)別較大,活性炭對主流煙氣中對苯并芘(B[a]P)、NNK、HCN、NH_3、巴豆醛、苯酚和CO最高降低率依次為61%、55%、20%、47%、55%、69%和37%。4.以賴氨酸和金屬硝酸鹽(Fe~(2+),Al~(3+),Mg~(2+),Cu~(2+)和Co~(2+))對活性炭進行雙功能化修飾,經(jīng)表征活性炭表面具有豐富的堿性基團和金屬離子。將功能化后的活性炭作為濾嘴添加劑進行煙氣吸附實驗。結(jié)果表明修飾后的活性炭相比未修飾前吸附性能得到了明顯提高,其中對于苯酚和HCN吸附效果最好,吸附降低率達50%以上。5.以卷煙煙氣中的有害物質(zhì)鄰甲苯胺和苯酚為目標(biāo)物,在水溶液中研究兩種物質(zhì)的共吸附行為,探究了溫度、時間和pH對吸附的影響,并對數(shù)據(jù)進行擬合。結(jié)果表明活性炭對鄰甲苯胺和苯酚的吸附屬于放熱放應(yīng),且存在協(xié)同作用,擬二級和Freundlich模型能較好的描述活性炭的吸附過程。鄰甲苯胺的最佳吸附pH范圍在7-8,而苯酚在6-7。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X795;TQ424.1;TS49
【部分圖文】：

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文21.1.2活性炭的化學(xué)組成活性炭主要成分是C，并含有少量的H、O和S等；原料和制備方法的差異影響著活性炭表面化學(xué)性質(zhì)，同時決定了活性炭的吸附選擇性、酸堿性和潤濕性等。通過傅里葉紅外分析、X射線光電子能譜分析和有機化學(xué)滴定法可測定活性炭的表面化學(xué)官能團，常見的含氧官能團如圖1.1所示，包括有羰基羧基、內(nèi)酯性羧基和酚羥基等[6]。（a）羧基（b）內(nèi)酯型羧基（c）酚羥基（d）羰基圖1.1活性炭表面的含氧官能團Figure1.1Oxygen-containinggroupsonthesurfaceofactivatedcarbon若活化原料含有豐富的氮元素，或者采用了含氮元素的活化劑，活性炭還可能出現(xiàn)含氮的官能團，具體如圖1.2下所示：圖1.2活性炭表面的含氮官能團Figure1.2Nitrogen-containinggroupsonthesurfaceofactivatedcarbon1.1.3活性炭的制備方法1.1.3.1制備原料活性炭制備原料來源廣泛，原料來源不同，即使在同種制備工藝下，活性炭的品質(zhì)也會有所差異。傳統(tǒng)的制備原料多為木材、煤等，其對環(huán)境影響較大；由于環(huán)保和成本問題，研究人員開始利用果殼、木屑、農(nóng)產(chǎn)品副產(chǎn)物和石油焦等廢

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文21.1.2活性炭的化學(xué)組成活性炭主要成分是C，并含有少量的H、O和S等；原料和制備方法的差異影響著活性炭表面化學(xué)性質(zhì)，同時決定了活性炭的吸附選擇性、酸堿性和潤濕性等。通過傅里葉紅外分析、X射線光電子能譜分析和有機化學(xué)滴定法可測定活性炭的表面化學(xué)官能團，常見的含氧官能團如圖1.1所示，包括有羰基羧基、內(nèi)酯性羧基和酚羥基等[6]。（a）羧基（b）內(nèi)酯型羧基（c）酚羥基（d）羰基圖1.1活性炭表面的含氧官能團Figure1.1Oxygen-containinggroupsonthesurfaceofactivatedcarbon若活化原料含有豐富的氮元素，或者采用了含氮元素的活化劑，活性炭還可能出現(xiàn)含氮的官能團，具體如圖1.2下所示：圖1.2活性炭表面的含氮官能團Figure1.2Nitrogen-containinggroupsonthesurfaceofactivatedcarbon1.1.3活性炭的制備方法1.1.3.1制備原料活性炭制備原料來源廣泛，原料來源不同，即使在同種制備工藝下，活性炭的品質(zhì)也會有所差異。傳統(tǒng)的制備原料多為木材、煤等，其對環(huán)境影響較大；由于環(huán)保和成本問題，研究人員開始利用果殼、木屑、農(nóng)產(chǎn)品副產(chǎn)物和石油焦等廢

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文7（6）Ⅵ型等溫線Ⅵ型等溫線呈階梯型，階梯的高度與溫度和系統(tǒng)有關(guān)，當(dāng)吸附劑表面先形成第一層的有序分子層后，然后進行第二層吸附，第二層吸附因受到第一層的影響，吸附曲線表現(xiàn)為階梯型。當(dāng)吸附質(zhì)分子發(fā)生相變時也會出現(xiàn)此類階梯，但階梯通常只有一個臺階[36]。如經(jīng)過石墨化的炭黑對氮氣、氬氣等氣體的吸附屬于此類曲線。圖1.3氣體吸附等溫線分類Figure1.3Classificationofgasadsorptionisotherms1.1.5.3X射線衍射儀X射線衍射儀（XRD）利用X射線穿透物質(zhì)，根據(jù)物質(zhì)的特征衍射線來進行定量和定性分析。目前XRD主要用于晶體材料，也可結(jié)合投射電鏡表征活性炭屬介孔或微孔材料。1.1.5.4傅里葉變換紅外光譜分析儀傅立葉變換紅外光譜儀（FT-IR）是根據(jù)光的相干性原理設(shè)計的一種分析類儀器，實驗測量的原始光譜圖通過計算機進行快速傅立葉變換計算，從而得到以波長或波數(shù)為函數(shù)的光譜圖�；钚蕴康谋砻嫘再|(zhì)也是影響活性炭吸附性能的重要因素，即使是未改性的活性炭，其表面也包含豐富的官能團，為此可用FT-IR來表征活性炭表面基團。1.2卷煙煙氣的簡介卷煙煙氣主要包括主流煙氣和測流煙氣兩部分，主流煙氣主要是抽吸者抽吸時從煙嘴端產(chǎn)生的煙氣，進入人體空腔和肺部等產(chǎn)生生理強度；測流煙氣主要是卷煙頂端燃燒出的煙氣，不經(jīng)過人體。卷煙的抽吸方式?jīng)Q定了卷煙燃燒是一種高

【參考文獻】

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本文編號：2809405