文摘
提供高效和环境友好的方式来恢复木质纤维素的垃圾仍然是一个挑战。在这项研究中,柠檬酸催化水热碳化(CHTC)加上热解将日期种子(Ds)转化为吸附剂材料。在这方面,一个中心复合设计(CCD)使用响应面方法(RSM)开发研究温度的影响,反应时间,催化剂用量对质量产量(Y米(%))和碳保留率(CRR(%))hydrochars生产。优化hydrochar (OHC-Ds)获得了在最优条件下(200°C, 120分钟,20毫克)和特征Y米(%)和CRR(%)分别为59.71%和75.84%。化学活化的KOH OHC-Ds紧随其后在600°C导致了活性物质热解(AOHC-Ds)富含碳和具有比表面积高1251.5米2/ g,中孔的主导地位,以及非晶态结构与石墨的x射线衍射(XRD)分析。两种染料的吸附实验AOHC-Ds显示高最大吸附容量(问米g)的657.89毫克−1亚甲蓝(MB)和384.61毫克g−1甲基橙(MO)相对于其他传统的吸附剂。这个结果是由于低酸度(pH值pzc)的表面AOHC-Ds,等于6.75,和它的表面,这也是丰富的含氧官能团如(-哦),(C = O),通过红外光谱分析显示(切断)。这些结果表明,耦合CHTC和KOH活化其次是热解是一个令人鼓舞的方式准备一个高效和廉价的吸附剂去除染料废水。
1。介绍
前所未有的挑战在能源和环境领域的标志着21世纪初。以81%的世界能源供应依赖于化石燃料(1),损耗的问题或爆炸成本正在逼近。此外,化石燃料的使用会导致温室气体的发展,,根据大多数科学界,负责许多气候变化对全球范围(2]。根据世界卫生组织(世卫组织),据估计,2/3的人口不久可能生活在一个地区有限的水(3]。为了解决这个问题,正在考虑的选项之一是实现废水的再利用即使经过处理工厂,特别是农业,这是部门消耗最水(3]。因此,问题是双重的:水,以满足日益增长的需要,努力保护我们的环境。事实上,一些分子和化合物存在于废水,即碳氢化合物、染料、重金属、异型生物质分子(内分泌干扰物)和农药(4]。其中一些致癌,导致环境的恶化和人类健康5]。从这个意义上说,许多技术创新净化废水,减少污染。其中,吸附引起了极大的兴趣,因为它有一个高的污染物去除能力和广泛的adsorbent-adsorbate选择性[6]。在各种吸附剂使用,活性炭(AC)是最用于这些许多属性(7]。活性炭需求的增加会导致密集研究可再生前体的生产,主要是生物,他们的生产8]。生物质有很多优势,不仅丰富和分布,而且在其转换/恢复使用范围广泛的技术:热(直接)燃烧产生热能和电能,以及电力的生产(9),热化学(气化、热解和水热碳化)[10),和生物(厌氧消化和发酵),其简单的执行,消除能源密集型的干燥过程,和减少温室气体排放。近年来,明显已经注意水热碳化(HTC)作为一个有前途的转换方法,可以回收废物,导致低成本新型多孔材料的发展,以及应对特定的环境挑战11]。
世界上生产日期仍在增长。在摩洛哥,年产量约160000吨的日期,这使得马格里布国家中位居第三和第七届世界上12]。种子有几个日期使用在各个领域。例如,石油从日期的种子中提取的使用化妆品和接地种子用作添加剂咖啡。事实上,一项研究[13)表明,水提物的种子有antigenotoxic效果。尽管其用途,日期种子仍被认为是废物和扔掉通过消费者或实业家没有稳定物价。根据(14),日期种子含有约57%的纤维素,半纤维素23%,木质素(15%14]。这就是为什么它是至关重要的,找到一个新的、合适的方法提高日期种子的价值。
在最近的文献中,一些研究已经进行生产吸附剂使用古典从日期种子生产方法如热解和气化紧随其后的化学或物理活化或它们之间的耦合15]。我们所知,没有研究显示使用催化水热碳化过程中使用柠檬酸(CHTC)制备的吸附剂材料日期种子。然而,活性炭从日期种子通过HTC加上化学激活报道了由氢氧化钠(16]。根据(17),有重要影响的两个参数是温度、反应时间以及反应的pH值是研究在文献中。在这项研究中,碳材料的制备日期种子使用柠檬催化水热碳化和染料吸附应用创新的观点。
更具体地说,本研究的目标(我)CHTC的优化操作参数(温度、反应时间和催化剂用量)对质量产量(Y米(%))和碳保留率(CRR(%))hydrochar利用RSM加上生产日期种子CCD的设计(2)活性物质的制备优化hydrochar KOH浸渍方法制备的报道(18与修改)(3)激活的能力的评价材料(AOHC-Ds)的吸附阳离子染料(亚甲蓝:C16H18ClN3和一个阴离子染料(甲基橙:C14H14N3NaO3年代),它代表了这个行业中使用的大多数染料(19]
这项研究中,通过使用的各种技术,如元素分析(CHNO),表面化学(红外光谱)、孔隙度分析、x射线衍射(XRD)、电荷和pH值在0点(pH值pzc),已经清楚地显示,CHTC的集成是一个令人鼓舞的方式将日期种子转化为碳质材料,高效的去除染料在水中。
2。材料和方法
2.1。收集和准备原材料
日期选择种子(Ds)在这项研究作为前体在费斯获得当地市场,摩洛哥。首先,种子是用蒸馏水洗净(DW),放入烤箱在65°C 12小时,在通用汽车200年磨床(Retsch、GmbH是一家现代化、德国),已筛获得粒径分数500μm <d< 250μ米(60-35网)CHTC更好的分解的过程,并最终存储在干燥器,供以后使用。氢氧化钠和盐酸用于这项工作是分析级。柠檬酸是ACS试剂级的纯度≥99.5% (Sigma-Aldrich, Inc .)。
2.2。水热碳化(HTC)
2.2.1。合成Hydrochars
日期的水热碳化种子进行了在一个polypropylene-lined (PPL)高压蒸汽容积为100毫升。在每个实验中,8 g的Ds粉和80毫升的DW的生物量/水比1:10与搅拌10分钟。10毫克之间精确的质量和20毫克的柠檬酸(C6H8O7)作为酸催化剂中添加到混合物搅拌,然后加载到反应堆和密封。高压蒸汽被转移到烤箱和加热到目标温度为一个特定的时间(40 - 140分钟)。所有实验都是在一个恒定的加热率5°C /分钟。高压釜反应后,自然冷却,hydrochar是恢复了离心,用DW洗净,干一夜之间在105°C,和存储。hydrochar HC-ND命名x(x,许多实验)。
2.2.2。Hydrochar激活
优化hydrochar优化选择的一部分被KOH化学激活浸渍方法报道(18,20.]。5 g的OHC-Ds浸满100毫升的KOH(2米)解决方案4小时在室温和连续搅拌,然后在烤箱干一夜之间60°C。最后,在马弗炉烧结获得的粉末在600°C,一小时。最后激活物质命名AOHC-Ds洗DW和干烤箱里过夜,然后储存。
2.3。设计的CCD / RSM
实验设计(Doe)和响应面方法(RSM)是有用的学习工具,开发和优化各种工程系统(21]。使用RSM Doe方法是一个健壮的工具的理解和优化实验参数,允许一个理性的解释他们的影响力在选定的反应相当数量的减少实验和一种改进的理解过程的机制(22]。在这个工作中,温度的影响(X1),反应时间(X2)和催化剂剂量(X3)在两个反应,质量产量(Y米(%))和碳保留率(CRR(%)),描述了一个二次多项式模型使用下面的方程,包括线性影响,交互效应和二次效应,即。,因为k独立的因素: 在哪里实验测量的反应吗我。β回归系数是常数。和独立编码的预测变量被称为因素。设计之间的差异观察和估计的测量值反应称为总误差。
基于中心合成设计(CCD)使用专业设计软件,这是一个最常用的矩阵由于其良好的性能和最小数量的实验(23),20个实验建议k= 3因素根据以下方程:
包括(2k= 8)实验相应的阶乘设计(2k= 6)实验位于轴和(N0= 6)实验中心的域。选择后者等于6确定实验误差,确保在任何时候我们模型的准确性和可靠性的实验领域。为了占任何随机隐藏效果,随机的顺序(表中的实验1)。图1显示CCD的实验数据点的几何位置的设计。−使用的水平α−1.0,+ 1,+α三个变量的CCD的设计α= (2k)1/4= 1.682,确保isovariance财产的旋转设计,如表所示1。
建模完成后,最后一步的研究是优化,由发现响应函数最优水平。几种优化方法可以用来同时优化两个研究反应产生的响应面方法的使用。在这项研究中,应用数值方法使用期望函数(D)。这方法的选择,因为它提供给我们机会去修改重量和重要性的变量或反应。除此之外,所有这些标准都结合在一个单一的愿望函数(D)[24]。该软件允许我们估计的值的预测值D不同的时用完美的值从0到1d= 1 (25]。
2.4。描述
碳(C)的元素分析、氢(H)、氮(N)、和硫(S)是在一个装置(2400中文元素分析仪,优秀的,法国),和氧气的比例被减法计算。更高的热价值的预测(疱疹)用统一的模型(方程(3)由(26),这是基于元素分析和涉及多变量预测的发热值的我们的样品(27,28]。的Y米(%)和CRR(%)是两个反应研究以优化它们。的Y米(%)计算方程(4根据()29日,30.]。CRR(%)被定义为hydrochar中碳的比例(% Chydrochar)的初始生物量(% C生物质原料)。这个响应计算使用方程(5)的比率31日,32]
OHC-Ds的结构特点和AOHC-Ds氮气物理吸附等温线的测定为77.35 K尽快用2020测压的分析仪(美国微粒学)。计算的比表面积是Brunauer-Emmett-Teller(打赌)方法在0.05到-0.35之间。总孔隙体积Vp从吸收氮的数量了吗P/P0≈0.99。微孔体积V微计算使用t情节与厚度的方法t等于 特定的碳基材料(33]。介孔体积V内消旋推导了分V内消旋=V微−Vp。孔隙大小分布是由Barrett-Joyner-Halenda (BJH)方法(34]。此外,孔平均直径(Dp)是由同化计算圆柱形状 (35]。生物质原料表面的官能团,碳材料,由于HTC和变化过程证明了傅里叶变换红外光谱(FTIR)(美国珀金埃尔默)。样本准备采用溴化钾片法测量范围在500 - 4000厘米−1。结晶阶段的识别(衍射线的位置和强度)是由x射线衍射(XRD)使用力量D发现衍射仪(德国),配备Cu-Kα辐射(1.54),覆盖一个角范围从5°至50°的步骤0.05°。pH值pzc(零电荷点)被定义为材料表面电荷时的pH值是零。pH值pzcAOHC-Ds决心的pH值漂移方法中描述的支持(SI)的信息,最准确的方法根据(36,37]。
2.5。MB和莫吸附测试到AOHC-Ds
AOHC-Ds被用作吸附剂去除甲基橙和亚甲蓝的水。pH值在MB和莫去除率的影响通过AOHC-Ds实现2范围。溶液的pH值调整通过添加盐酸(0.1米)或氢氧化钠(0.1米)。AOHC-Ds剂量的影响范围在2.5 -25毫克,MB的初始浓度和密苏里州范围内25 L - 900毫克−1,接触时间范围0-60 min进行批量在100毫升容量的玻璃瓶在恒磁搅拌。每次测试后,上层清液的浓度是决定使用紫外可见分光光度计在莫波长465 nm和664 nm MB。准备MB和钼浓度从0 mg L−110毫克L−1、原液的浓度1 g·L−1(C股票= 1 g·L−1),用系数校准曲线R2(MB)= 0.999,R2(莫)= 0.998。方程应用于吸附去除率的计算R%,吸附容量问e,以及两个吸附模型用于这项工作展示在表6 s。
3所示。结果与讨论
3.1。CHTC的统计特性的建模和分析的过程
在这项研究中,RSM加上CCD计划是用来描述兴趣变化响应的函数系数波动和确定因素在实现最初的目标。每个模型的质量评估测试使用方差分析(方差分析)渔民测试(F值),概率p(值),缺乏适合的意义判断模型是否正确总结的设计实验测试的结果(21]。预测的回归模型符合评估品质,及其操作验证了使用多重线性回归的相关系数(R平方),有助于描述模型解释了实验数据的变化。这个系数可以误导评估模型的预测。出于这个原因,系数调整和系数预测被引入到评价来确定新观测模型的预测能力。此外,正常的残余和预测与正常价值的土地被用来评估残差分布和正常。
3.1.1。模型Y米(%)
的实验值CCD大规模产量试验提出了矩阵表1允许的最小二乘数学模型来调整的过程。方差分析的方差分析表2 s表明质量产量回归是非常重要的F值为349.33,值< 0.0001,一方面,另一方面,缺乏合适的(F2.09)不是统计学意义的价值比纯粹的错误。此外,R2预测模型的系数是0.9968,证实了实验和计算数据之间的相关性和适合。这也证实了两者的区别(0.9940)(0.9818),这是合理的,因为它是小于0.2。变异系数(CV %)Y米(%)为0.65%,这表明该模型能够更好的预测。编码方面的方差分析分析表明,只有温度( ),的互动 ,和催化剂的二次项剂量( )有一个hydrochar质量产生重大影响,因为他们的吗值小于0.05。此外,其他条款的值大于0.1显示,这些术语在统计上是无关紧要的。因此,只有重要条款的影响被认为是以下方程的因素来预测编码质量产量值,即
事实上,条款(), ,和( )对质量有负面影响收益率为负系数−5.79−0.24,分别和−0.29。在相同的情况下,正常的情节残差图所示1(一)表明残留点分布正确遵循直线,这证明分布是均匀的。此外,实验值验证了策划的重要性,预测与实际的阴谋。图1 (b)显示的值是在对角线分布接近,证实了预测模型的准确性和有效性。从方程(获得三维响应面图6)质量产生如图2 s,这表明有一个广泛的变量的质量产量几乎是持平在160°C <T< 240°C, 32分钟<t< 120分钟为一个固定的催化剂剂量等于17.5毫克。例如,大众在hydrochar收益率从67.9%上升到49.2%,不同温度从165°C到235°C。一般来说,对X一个−XB值,这两个变量的增加导致hydrochar略有减少Y米(%)。我们的结果与报道一致生物质水热碳化[38- - - - - -40]。
(一)
(b)
(c)
(d)
这些结果可以解释为脱水、缩合、聚合和芳构化反应在热液处理的纤维素和半纤维素生物质中包含矩阵(41,42]。此外,HTC hydrochar质量产生的过程中种子的日期与生物质转换技术,如热解更高(43,44和气化。另一方面,数据的2 d和3 d图形1 (c)和1 (d)显示温度增加和催化剂剂量(XC在160°C <范围XT< < 240°C, 14毫克XC< 21 mg的固定时间120分钟有负面和小hydrochar的质量产生明显的影响。得出在温度和时间扮演主要角色在宏达电过程中,质量产量随着柠檬酸的剂量的增加而减少。我们的结果很相似45),玉米青贮饲料(39),salacca皮而不是在树脂浆(46]。
3.1.2。模型CRR(%)
碳的回收率的定义是hydrochar中碳的数量相对于生物质中的碳(32]。RSM被用来确定C之间的关系RR(%)和三个变量进行了研究。给出了方差分析分析表3 s。我们可以看到,一方面,系数0.8561是在合理的协议(0.9541)。另一方面,R2系数为0.9759,表明模型的优秀的适合实验数据。此外,纯误差相比,F缺乏适合的值是2.48,这意味着缺乏适合并不重要,CV %为0.98,表明该模型解释了实验数据的总和。事实上,从值的值编码方面,我们可以得出这样的结论:温度( ),时间( ),柠檬酸的剂量( ),和二次项( )和( )是唯一的条款显著CRR(%)。然后,最后方程(方程(7)二次模型的碳的回收率的变量进行编码
关于模型的有效性和正确性,它不仅可以看出直线周围的点的分布在正常(图2(一个))均匀而且对角线的实际值均匀分布的预测与实际的情节(图2 (b))。变量之间的关系(温度、时间和剂量硝酸)成立使用方程(7通过3 d和2 d)响应面图。故事情节抛物线形状的数字2 (c)和2 (d)显示了温度和时间对碳的回收率的影响。可以看到,过程的最优操作点,坐落在实验范围内的研究变量,对应于锥驻点。例如,从150 - 230°C的温度固定反应时间(120分钟),我们观察C的通道RR(%)通过一个孵出红色的最佳区域。这些研究结果是一致的与[38,47,48]。然而,图3 s表明,在较低温度(180 - 200°C),我们发现CRR(%)增加而增加剂量的柠檬酸,研究的结论是一致的(49),在纯纤维素的情况下。这些结论的唯一可能的原因就是CHTC过程增加CRRhydrochars(%)和柠檬酸的穿透生物矩阵,从而导致的水解纤维素,半纤维素和木质素。事实上,碳包含在柠檬酸可以吸附在表面的hydrochars,根据研究的50),这使得hydrochar催化水热碳化过程中富含碳。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.2。HTC的数值优化过程使用愿望函数
在本研究的目标是开发一个hydrochar从日期种子控制属性,尤其是碳的回收率和质量产量,必须尽可能高。用RSM / CCD,我们建立了过程变量之间的关系和利益反应通过验证数学模型和响应曲面图。然而,本研究使用了期望函数来确定最优的碳的回收率水平hydrochar引用表的约束4 s。在27个方案计算的软件,功能D最高价值是选择最优的解决方案。图4 s显示了最高的期望函数的变化(88.70%)对应的值(X一个= 200°C,XB= 120分钟XC= 20毫克)。在这种情况下,表中给出的实验2显示碳的回收率为74.84%和60.1%的质量效率误差百分率为2%和1.7%,分别。这意味着两种模型预测使用RSM / CCD合理遵循实验数据。最后,hydrochar-optimized OHC-Ds条件下X一个= 200°C,XB= 120分钟XC= 20毫克遭受化学活化的详细硬件和方法部分。
3.3。表征Hydrochars
3.3.1。CHNO分析
表中给出的元素分析5 s表明在宏达电过程中碳的百分比显著增加HC-ND最多69.03%17,它有积极影响的结构和吸附性能AOHC-Ds化学激活后,根据(51]。另一方面,由于氧气的比例下降了约60%脱水和脱羧反应。这些发现的结论是一致的52),使用强酸(HCl, H2所以4,HNO3)将竹毛竹转化为hydrochar使用HTC。原子O / C和H / C比值hydrochar和生物质原料的计算使用元素分析和提出了使用范Krevelen图(53)为目的的比较与其他材料和碳化程度的了解。
如图3hydrochars褐煤之间的位置,烟煤,木炭底部和顶部的纤维素和木。也可以看到原子比率对角线,这表明主要反应的转换日期种子hydrochar使用柠檬酸脱水和脱酸催化HTC。也指出,通过增加温度从200°C到233°C,转换特点是demethanization反应,因此揭示柠檬酸的效果在hydrochars的形成,在协议的研究52]。另一个有趣的评论是,能源所代表的高热值(疱疹)的所有样品增加了约70%,从能源的角度来看这很有趣。这项研究的结果它几乎是一样的几项研究[54),在葡萄马克(55),对于木质生物质,大型植物金鱼藻(56),他表明,宏达电催化过程有直接积极的影响hydrochars的能量属性,无论是原材料的性质和操作条件。
3.3.2。孔隙度和孔隙大小分布
液态氮在77 K的adsorption-desorption等温线AOHC-Ds OHC-Ds如图4。AOHC-Ds等温线的IV型典型的介孔材料(57]。根据IUPAC分类、磁滞回线类型H4伴随分压地区存在毛细凝聚在其解吸分支[(0.45 - -0.99)58]。这个结果表明AOHC-Ds特征是一种多孔结构的主导地位中孔(2-50海里),也包括毛孔微孔地区(< 2海里)。的结构特征优化hydrochar并激活hydrochar展示在表3。
(一)
(b)
hydrochar优化条件下X一个= 200°C,XB= 120分钟XC= 20毫克的特点是打赌表面积60.75 m2/ g和孔隙体积的0.14厘米3/ g。这些结果相似的结果(59]在榛子壳有点高相比报道(39,60]在残留的情况下从葡萄酒行业和salacca皮,分别。这一发现可以解释为原料的类型和合成的条件,包括柠檬酸作为催化剂的热液反应。事实上,我们的研究结果与报道的协议(39,40,59),显示酸性条件的积极影响在热液反应hydrochar的多孔结构。相比之下,孔隙大小分布BJH方法如图4 (b)表明AOHC-Ds有宽间隙孔大小分布(2-50海里)的峰值OHC-Ds 3和8.75 nm。另一个有趣的结果是,生物量的形成/柠檬酸质量比用于OHC-Ds 2: 0.1低于8:0.1(报道59由[]或5:0.139),从经济的角度来看是相当出色的中试规模使用。另一方面,打赌表面积相同的hydrochar AOHC-Ds激活后是1251.5米2/ g(图4(一)),比OHC-Ds 20倍。此外,总孔隙体积增加到0.14厘米30.736厘米/ g3/ g和相当大的中孔体积增加0.12厘米30.426厘米/ g3/ g,证实AOHC-Ds结构中孔的统治地位。相比之下,我们的结果,由[略低于那些报道61年]阐述了活性炭从相同的前体(相对于表的条件和结构特点7 s),让我们说,种子制备的多孔碳质材料日期由柠檬催化HTC,后跟一个化学治疗被证明是更有效的比单独HTC的应用化学或物理治疗。
3.3.3。傅立叶变换红外光谱、XRD分析和pH值PZC
红外振动光谱用来评估柠檬表面催化HTC的影响函数的Ds, OHC-Ds, AOHC-Ds如图5(一个)和表8秒。这些光谱显示八个区域显示这些材料的化学结构和表面官能团。首先,OHC-Ds的振动光谱是不同于Ds,尤其是在区域1,一个大塞子在3400厘米−1显示一个中等狭窄归因于拉伸羟基(-哦)组中纤维素和半纤维素的结构。这一发现是由于脱水、脱羧反应,水解,在日期的HTC反应种子。这些差异可以解释为温度的影响,这几位作者已经显示出61年- - - - - -63年]。然后,乐队的强度降低了特别是在欧元区4到1720厘米−1在中等强度,带7到1182厘米−1在高强度,在欧元区8到1100厘米−1分别在中等强度,相应的伸长集团(C = O)羧酸,群体的伸长(切断)三级酯/酒精(简单脂肪族),群体的伸长(氮)的伸长集团(地)的醇64年]。这些发现可能不仅由于温度还对柠檬酸的效果。最近,一项研究[39HTC]表明,柠檬酸催化温度增加减少的强度(-哦),(ch)、(切断),(C-O-H)分组在salacca皮的情况下。在这项研究中,减少振动的强度束在柠檬催化HTC专门为核日期是指由于操作条件(温度和反应时间)也深受柠檬酸的贡献的脱水、脱羧、和水解反应。这种分解的性质柠檬酸添加量增大而增大,符合结果中发现范Krevelen图3。另一方面,AOHC-Ds显示明显降低的光谱相对于hydrochar OHC-Ds在大多数乐队除了(ch)乐队在2930厘米−1在2860厘米(ch)烷烃−1在1450厘米(ch)甲基−1,(C = C)不饱和α,β酮在1620厘米−1(65年]。这是由于化学处理与氢氧化钾(KOH)其次是激活在600°C。这些官能团吸附过程中是非常重要的,因为他们扮演积极的角色网站模型分子(可以相互交流66年]。柠檬的作用催化HTC OHC-Ds的晶体结构和AOHC-Ds通过x射线衍射(图进行了分析5 (b))。可以看到,这两个XRD曲线表明,OHC-Ds和AOHC-Ds有非晶的晶体结构。显然,广泛的衍射峰2θ= 26°的(002)面是由于非晶碳与石墨(67年]。事实上,AOHC-Ds曲线记录另一个衍射峰2θ= 43°宽小于第一个,归因于(100)平面,这表明石墨化程度的增加与KOH治疗在600°C,在协议的研究68年- - - - - -70年]。AOHC-Ds的pH值在零电荷点图所示5 (c),pH值曲线最初的=f(pH值最后)十字路口平分线表明,pH值pzcAOHC-Ds = 6.75。这意味着,pH值以下pzc,AOHC-Ds表面是正的,促进AOHC-Ds和带负电荷的分子之间吸附,反之亦然(71年]。
(一)
(b)
(c)
3.4。吸附批
3.4.1。吸附参数对去除率的影响
图6显示MB的进化和莫去除率作为pH值的函数在2 - 5毫克的AOHC-Ds质量,一组初始浓度在50 mg / L对染料4小时。可以看到,R% MB pH值增加而增加,与密苏里州的高吸附量在pH = 8 MB得到,然后保持不变。这可以解释为离子之间的竞争(H+pH值2 - 7日)酸地区和MB分子空孔的占领AOHC-Ds表面。在基本的pH值,静电力变得重要,这就增加了R(%)。然而,最优率R(%)为莫获得pH = 5。这是由于负电荷由莫与离子(-哦)在基本区域,使R(%)更有效。在这种背景下,我们继续吸附测试以8 - 5 MB的pH值和密苏里州,分别。通过改变质量的AOHC-Ds 25 mg(图2.5毫克6(一)),可以看出,消除的百分比R%增加96%,相应的质量0.01克的MB,然后稳定尽管AOHC-Ds的剂量的增加。同样,MB,也遵循同样的变化,最大限度的消除率为70%在0.01 g。因此,染料的最大剂量为0.01克。几项研究已经报道,增加吸附剂的剂量增加了消除速率或吸附量36,72年,73年]。图6 (c)显示两个染料的去除率增加到最大,然后降低。这是由于AOHC-Ds的可用性空孔的结构,带来了完全的浓度500 mg / L MB和300 mg / L莫。事实上,我们的研究结果与最近的研究(完美的协议74年]。接触时间的结果如图6 (d)透露,MB,莫去除率的增加迅速,达到最大的10分钟MB和密苏里州25分钟。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.4.2。吸附等温式
两个最广泛使用的模型,朗缪尔和弗伦德里希评估MB和莫AOHC-Ds吸附行为进行了研究。这两个模型的参数表4。首先,基于价值的R2系数,我们发现朗缪尔模型是接近1 MB(0.83)和OM (0.89)。一方面,这表明,朗缪尔模型更好地描述了MB的吸附过程和莫AOHC-Ds比弗伦德里希模型。另一方面,它可能表明,吸附过程发生在一个单层均匀表面AOHC-Ds根据(75年]。我们还发现系数R2两个MB吸附等温线是非常接近,为弗朗缪尔等温线的0.83和0.82,表明两种等温线可以描述MB吸附过程。接下来,常数RL MB吸附在0.012和0.29之间,-0.01和0.0036莫表明这两种染料的吸附过程MB和AOHC-Ds莫是有利的。此外,最大吸附容量问马克斯朗缪尔模型计算的657.89 (mg g−1MB)和384.61 (mg g−1)。这种高价值的问马克斯是因为两件事:更好的亲和力AOHC-Ds对亚甲蓝的分子,在协议与等温线计算参数,特别是吗Kl值,小于1。然后,有高的比表面积(1251.5 m2/ g)和孔隙体积(0.736厘米3与AOHC-Ds / g)获得,吸附过程中发挥着至关重要的作用[7]。从这些结果,可能的吸附机制是一个静电吸引,相互作用π-π或n-π,在MB吸附的情况下根据(76年),形成的氢键和疏水作用的甲基橙(77年]。
4所示。与以前的工作相比较
表7 s显示最大吸附能力(问马克斯从其他前体)的碳质材料准备,农业副产品,工业废物。很明显,合成条件的形成中起着重要作用与温和的和控制多孔材料的比表面积等特点。事实上,通过比较吸附能力的合成方法在本研究中提到的一个表7 s,我们可以说,水热碳化的耦合催化柠檬酸是有效和便宜的原因有两个。首先,使用的前身是一个农业副产品被认为是浪费,这意味着其成本低于用于生产活性炭如木头。第二,合成材料AOHC-Ds显示类似的效率比其他原材料在去除亚甲基蓝和甲基橙。所有这些属性使我们的材料非常有前途的补救dye-contaminated水。
5。结论
柠檬酸的应用催化水热碳化在这项研究中使用表面响应方法证明其有效性hydrochar转换日期的种子。条件下X一个= 200°C,XB= 120分钟XC= 20毫克,CHTC了富碳hydrochar进行了优化。优化的激活hydrochar有趣的特色作了介孔材料与活性炭。特征通过x射线衍射、红外光谱和选择技术表明,我们的材料是无定形的大比表面积1251.5米2表面/ g和包含有趣的功能,这使它可以是一个很好的候选人在吸附领域。亚甲基蓝和甲基橙进行AOHC-Ds吸附试验显示一个好的adsorbent-adsorbate亲和力为代表的最大吸附容量657.89毫克g−1MB的吸附和384.61毫克g−1莫吸附。CHTC耦合和化学激活之后,热解在本研究提出承诺生产多孔碳材料来源于生物质和木质纤维素的废物。
数据可用性
数据用于支持本研究的结果都包含在这篇文章,补充材料,也可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
补充材料
与此有关的额外的数据都包含在支持信息文件。图1。实验的几何位置点的CCD设计k= 3因素和α= 1.68。图2。(一)2 d的情节Y米(%)和(b)响应表面Y米剂量(%)与一个固定的催化剂(XC = 17.5毫克)。图3。(一)2 d C的情节RR(%)和C (b)响应面RR(%)与一个固定的反应时间(XB= 90分钟)。图4 s。(一)酒吧直方图和(b)图形表示期望函数的最优解(D= 0.887)。表1。实验CCD设计的矩阵。表2。方差分析分析二次质量产量模型。表3。方差分析分析二次碳回收率模型。表4。优化的约束条件。表5 s。 Elemental analysis, atomic ratios, and higher heating value HHV of hydrochars produced using the CCD design. Table 6S. Equations used in the calculation of MO and MB adsorption on AOHC-Ds. Table 7S. Comparison of adsorption performance of AOHC-Ds with other works. Table 8S. Group functional with their frequency wavenumber extracted from the FTIR analysis.(补充材料)