文摘

与显著的好处在许多其他商业化热存储方法,活性炭纤维(ACF)被认为是最好的biosorbents用于吸附剂。如果正确,这是一个杰出的介孔轻质材料和微孔隙,在大多数情况下,没有作用。ACF的更高的体积密度和大动态能力展示其价值和用于吸附剂技术。本研究的主要目标是创建从有机大麻纤维活性炭纤维。以下参数选择:(i)激活温度,(ii)激活时间,(3)碳化温度,(iv)激活成分%年龄,激活的(v)速度和温度,所有四个层次来实现我们的目标。田口方法优化技术被用来优化吸附剂的特点。目前的研究使用了一个L16正交数组来完成改进。根据前面的田口方法,最优条件300°C燃烧,受精的22.5% K2HPO4解决方案,激活在800°C 3小时20°C /分钟。最大的贡献是54.75%,其次是温度激活率为23.35%,碳酸温度在10.14%,刺激的持续时间8.82%,H3阿宝4浓度为2.94%。结果表明,活化温度和速率的温度激活的基本要素是当前研究的成就最好的吸附能力。

1。介绍

环境污染是一个严重的不利影响的现代国家的快速的经济扩张。尤其是工业废水,造成重大问题,如果不是一场灾难,由于其巨大的流量,增加养分浓度、强烈的色彩,和复杂的分解(1,2]。因此,消除对工业化染料废水是一个关键的挑战。膜过滤、电动力学、光催化剂创新都被证明是有效的复杂的废水净化。此外,上述程序有一定的局限性,包括复杂性,高昂的价格,和有限的净化效率(3,4]。除了前面提到的策略,生理上的吸附过程已收到越来越多的关注在使用染色污水净化由于其高吸附性能和较低的技术障碍。因为他们的丰富的多孔结构,高表面积,和建立组织的多样性,活性炭纤维(acf)被视为有效的吸附剂5]。因此,各种acf记录用于印刷和染色废水的过滤。在早先的研究中,潘等合成纤维(聚丙烯腈)和纤维素作为前体材料生产活性炭纤维与金属离子的吸附效率和特定分子颜料。此外,不受欢迎的恶化已经阻碍了进步的化学结合acf (6,7]。

Biocomposite物质最近流行应对网站处理危机,石油供应的消耗和排放的担忧由其使用。这些包括可持续农业生产燃料来源,如木材、农业残留,植物来源纤维(8,9]。因此,需要创建活性炭吸附剂材料低成本、高效率的替代先行词。由于他们的最低价格,再循环能力,和合同的意愿,天然面料是不同的场景(10]。激活碳是准备使用大麻纤维等天然材料,油棕纤维、亚麻、洋麻。天然材料分为三组中根据源树:最厚、树叶和胚芽纤维。韧皮纤维包括棉花、黄麻、小麦和亚麻。韧皮纤维广泛应用于电缆和不朽的制造纺织品的生产(11,12]。大麻纤维是membranifaciens常用,专业纺织材料像帆和餐巾,专业印刷茶纸和星巴克等过滤。叶纤维包括黄麻、香蕉、椰子、菠萝(13,14]。

由于它的成本效益,有限的技术障碍,和长期利益,而作出很大努力从微生物生产活性炭纤维,特别是生物残差像柠檬皮、茎,和从提取矿物处理残差15,16]。此外,活性炭纤维可再生能源开辟了一条新途径提高剥削的废物。此外,活性炭纤维的吸附率biorenewable资源变化很大,与惊愕碳纤维表现出最高的吸附能力为亚甲蓝(165210毫克/克),这意味着有机质纤维的显微硬度对碳纤维的成就有显著影响(17,18]。此外,反应机理在碳纤维的生产是一个重要的因素影响碳复合吸附能力;此外,全面激活、补充起始和表面涂层综合反应机制都是有利于提高碳纤维吸附效率(19]。

吸附剂利用异构催化剂是一种简单而有效的策略,将各种自然和人为的污染物从污水。有三个生产活性炭的技术。前兆的催化裂化的流从500年到1000摄氏度高温下导致char[形成20.,21]。然后点燃木炭在氧化气体如二氧化碳和蒸汽温度从700到1300摄氏度。酶法水解需要浸渍的前奏与氧化试剂(如K2有限公司3,ZnCl2H3阿宝4,AlCl3和钠2HPO4和燃烧在一个中立的气体如氮气或氩气(22,23]。生物物理激活方法结合生化的激活方法。田口方法优化方法可以用来优化活性炭的一代。田口,一个简单而有效的统计和分析策略,进行连续测试来识别算法选择赔偿和效率。大量的参数可能是探索与实验以这种方式运行的最小数量(3,4]。

活性炭纤维的合成利用天然麻材料采用化学活化技术研究工作。它决定每个变量的最优数量生产活性炭纤维。田口设计分析是用来测量过程变量如碳化温度的影响,验证溶剂磷酸氢二钾成分,活化温度,活化过程排练吸附剂吸附能力的纤维。活性炭纤维的性质和吸附能力产生最优的情况下也进行了研究。

2。实验工作

2.1。材料

Rithu Vellore天然纤维行业,泰米尔纳德邦,印度,提供了大麻纤维。那加化工在钦奈,印度泰米尔纳德邦,,提供磷酸氢二钾。其他化合物的分析质量。所有需要的配方都是准备使用double-filtered水。

2.2。活性炭的准备工作

的主要材料是麻光纤织物生产活性炭纤维。大麻是双纯净水清洗干燥前消除污垢。干重达5克的大麻标本放在钢纵向管式炉。一个中立的氮流被迫通过燃烧室流体速度75厘米3/分钟30分钟。烤箱温度增加平均20°C /分钟的速度在整个燃烧过程中获取不同碳化温度由田口方法表示(24]。麻标本保存在这些温度1小时。在一个N2大气,碳化大麻样品洗环境温度。此外,许多麻标本没有活性炭进行了测试。活性炭麻是沉浸在50毫升K2HPO4一夜之间解决方案,达到最大沉浸在化学转换(25]。田口方法建议检查% K的年龄2HPO4用不同比例的混合物。浸泡碳化麻是干在干热灭菌器插入炉在110°C。保持了一个30分钟在室温低于氮环境流体速度为75厘米3/分钟。后,燃烧器加热不同温度升高和不同时期保持在这个水平。田口方法表明,活化温度,活化过程,和概率获取激活temp。随后,活性炭是冷冻前在厌氧环境中使用溶剂冲洗,然后两次过滤水的pH值,直到清洗放电。

2.3。ACF制备条件的优化

田口设计方法是利用优化ACF可加工性。L16阶乘设计包含五个过程变量四个阶段来确定最佳频率。每个研究操作变量的四个阶段将如下:表1显示了不同的参数和各自的范围。

表1
参数和水平。

表1显示了16个不同的ACF标本的制备使用田口阵列的设计概念。每一个产生的碘值ACF标本在双重评估指定测试的标准物质的吸附能力。碘值的优化标准的标本。研究操作设置的效果产生了ACF的吸附能力,信噪比(S / N比率)记录的碘浓度进行了研究使用方差测试(方差分析)的方法。因为改进的情况下,对应于吸附剂的吸附能力更高,“特色”的方法计算S / N比率(使用3,8]。信噪比是决定如下: 在哪里 代表和大小的复制品 是创造了ACF的碘值样本在每个复制。由于明显的“大是好事”的方法,提高了信噪比对应提高ACF的吸附性质样品生产。ASTM d4607 - 94被用来估计ACF的碘值标本。

3所示。结果和讨论

3.1。回归分析

基于不同的组合,16个不同的ACF标本使用田口方法的L16生成数组,每个标本的碘值计算。表2显示了碘值及其伴随的S / N的组合。表3显示了三角洲等级及其伴随的价值观。表4显示的结果 - - - - - -测试S / N的比例。改进的S / N比例对应提高ACF的吸附能力生成的样本。图1显示了碘吸附值根据不同的输入因素。

表2
碘值不同的吸附工艺参数。
表3
S / N值存储系统的吸附。
表4
方差分析分析吸附碘酚酸。

图1
基于各种输入的碘吸附值的因素。
3.2。方差分析

方差分析是用来确定中断处理元素的重要性。表4为每个处理提供贡献的%年龄参数。过程参数的 - - - - - -测试是提出影响吸附特征。图2描述了%每个成分的时代的贡献。分摊%年龄是量刑听力的分数总方差,认为每一个有意义的影响(4]。当前所表达的吸附特征的回归方程(2)。


图2
错误的百分比贡献碘吸附的各种影响参数。

图2描绘了加工参数的影响吸附特征。表4的贡献百分比是一个控制因素达到最高的碘。的 复发的概率值指定的因素。最重要的贡献是54.75%,其次是温度激活率为23.35%,碳酸温度在10.14%,刺激的持续时间8.82%,H3阿宝4浓度为2.94%。结果表明,活化温度和速率的温度激活的基本要素是当前研究的成就最好的吸附能力。

4所示。工艺参数的影响

4.1。活化温度的结果

激活温度提高到800°C提高了信噪比,这意味着ACF的吸附效率标本提高随着活化温度的增加。这可能归因于增加激活和小孔隙创造整个ACF进行处理。一些研究也发现了类似的结果。海拔在反应温度高达900°C减少了ACF的吸附能力。这很可能是因为失去多孔结构和大孔的形成,限制了吸附能力(24,26]。图3演示了上述发现。


图3
表面和活化温度等高线根据输入参数。
4.2。水平的结果达到活化温度

图4表明增加激活温度水平10至20°C /分钟提高了信噪比生成的ACF的标本。这导致ACF吸附上升,这可能是由于减少退化ACF分子。ACF结构很可能摧毁,在过高温度增加变成木炭(27,28]。


图4
表面和等高线的激活率温度根据输入参数。
4.3。K的影响2HPO4浓度

如图5,增加磷水平二氢钾从7.5到22.5% 提高了信噪比活性炭的碘值纤维标本。这可能归因于增加小孔的创建,在ACF,更高效的吸附机理和提高吸附剂吸附性能。超过了二氢phosphorus-potassium水平30% 减少或保持S / N比例(25,29日]。增加激活剂会增加干燥活性炭纤维的溶解和小孔,导致更大的毛孔吸附效率较低。类似的结果也出现在研究。


图5
表面和等高线的K的影响2HPO4根据输入参数浓度。
4.4。碳化温度的影响

图6显示更多的活性炭纤维碳化得到的大麻在300°C是比活性炭纤维生成的没有这样的一个阶段。分离挥发性物质从麻结构可以让另外的地方激活化学存款和提供更多的激活粒子表面的斑点,提高活性炭纤维吸附(17,30.]。碳化在400°C减少活性炭纤维的吸附性能,最有可能由于减少碳化的烧焦的分子。一些调查人员取得了一致的结果。


图6
表面和碳化温度的影响基于等高线输入参数。
4.5。激活时间的影响

结果的方差分析脉冲持续时间的影响的S / N的比例如图的碘值7。实验结果表明,ACF的吸附率稳步上升后增加脉冲持续时间3 h。脉冲持续时间上升到4 h降低吸附能力。处理3小时无疑增强了小孔的发展更有效的吸附机制。然而,激活时间较长的,墙上的小孔可能打破,他们变得闪亮,多孔31日,32]。


图7
表面等高线图和基于输入参数的脉冲持续时间的影响。
4.6。增强的描述设置

根据前一段,最优条件300°C燃烧,受精的22.5% K2HPO4解决方案,激活在800°C 3小时20°C /分钟。图8描述了氮吸附剂的平衡吸附曲线在-196°C在最佳情况下获得的。按照IUPAC,由此产生的平衡吸附曲线支持一个类别我吸附剂大多数活性炭纤维的渗透似乎在微孔大小20.,33]。MP技术取得了以下结果:一个适当的表面区域的469米2/ g,小孔隙表面461米2/ g、10.7米的微孔表面2/ g、0.15米的小孔隙体积3/ g和微孔体积 米3/ g。比表面积体积数据相比时,他们发现大多数的渗透率的表面就会产生微孔范围内,表明活性炭纤维创建最优条件下具有极高的孔隙结构和由小孔(34]。


图8
氮吸附在活性炭纤维准备-196°C的最优条件。

图9显示了纯和激活大麻纤维的微观结构图像。比较ACF表面的SEM显微图生成最优情况下用纯麻显示大量的渗透在整个碳化形成阶段。ACF的不均匀孔隙度表明更大的表面积比最佳ACF处理条件下创建的。


图9
微观结构图像的纯麻(a)和(b)激活碳基麻。

5。结论

的活性炭hemp-based天然纤维被成功使用磷酸氢二钾的化学溶剂,形成并通过田口方法优化结果优化工具。下面的结果。(我)根据前面的田口方法,最优条件300°C燃烧,受精的22.5% K2HPO4解决方案,激活在800°C的速度3小时20°C /分钟(2)最重要的贡献是54.75%,其次是温度激活率为23.35%,碳酸温度在10.14%,刺激的持续时间8.82%,H3阿宝4浓度为2.94%。结果表明,激活的激活温度和速率的温度是最重要的元素在当前研究的成就最好的吸附能力(3)按照IUPAC,由此产生的平衡吸附曲线支持一个类别我吸附剂大多数活性炭纤维的渗透似乎在微孔大小(iv)MP技术取得了以下结果:一个适当的表面区域的469米2/ g,小孔隙表面461米2/ g;10.7米的微孔表面2/ g;0.15米的小孔隙体积3/ g;和微孔体积 米3/ g(v)分离挥发性物质从麻结构可以让另外的地方激活化学存款和提供更多的激活粒子表面的斑点,提高活性炭纤维的吸附(vi)实验结果表明,ACF的吸附率稳步上升后增加脉冲持续时间3 h。脉冲持续时间上升到4 h降低吸附能力。处理3小时无疑增强了小孔的发展更有效的吸附机制

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

我们感谢并承认Saveetha管理工程学院,钦奈,支持开展这项研究工作。