四氯吡啶腈废活性炭微波再生及其应用

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活性炭由于自身具备的优良特性,受到广泛地利用。工业上使用的活性炭废弃后不适当的处理,不仅对宝贵碳资源造成浪费,更污染环境,对生态造成破坏。本文主要以合成用四氯吡啶腈废活性炭作为研究对象,通过微波脱附、微波活化将废活性炭成功进行了再生;并将再生后的活性炭与新鲜活性炭、传统热再生活性炭进行了比较;最后对再生活性炭分别用于合成四氯吡啶腈催化反应和微波-活性炭协同去除亚甲基蓝模拟废液进行了研究。采用热重分析技术,通过单升温与多升温结合的方法,以经典TPD模型与改进TPD模型计算了脱附活化能分别为:E_d=35.742KJ/mol和E_d=32.920KJ/mol;求得最概然机理函数为:通过正交试验设计对微波脱附回收氯化物的实验条件进行了优化,得到了最优的实验条件:辐射时间为30min,辐射功率为800W,投料量为8g时氯化物回收率达11.25%;实验条件对氯化物回收率影响大小为:辐射功率(W)>辐射时间(min)>投料量(g)。运用旋转中心复合试验设计方法进行了实验,对实验结果进行了响应曲面分析,运用Design-Experts软件优化得到最优的活化条件为辐射时间376s,水蒸气流率60g/min,投料量8.0g,在此条件下再生活性炭收率的预测值与实验值分别为78.40%,75.44%;碘值的预测值与实验值分别为1322.3mg/g,1337.1mg/g。再生收率相对误差3.77%,活性炭碘值相对误差为1.11%。微波再生活性炭和传统再生活性炭的粒度稍大于新鲜活性炭粒度;微波再生活性炭和新鲜活性炭的机械强度较为接近;微波再生活性炭、传统再生活性炭的比表面积和孔体积相近但都大于新鲜活性炭。对微波加热法同传统加热法两种工艺就脱附过程、活化过程的能耗进行了比较;在试验范围内,脱附过程,连续化传统热脱附方法能耗更低建议采用;活化过程,微波活化优势显著,建议采用。将再生活性炭作为催化剂应用于催化合成四氯吡啶腈反应,连续反应11小时,合成的四氯吡啶腈品质在99%以上。再生活性炭在微波辐射下去除亚甲基蓝模拟废液,实验表明当微波辐射功率为800W,辐射时间6min,活性炭投料量10g/L时,亚甲基蓝废液静态去除率达99%以上;采用Langmuir-Hinshelwood动力学模型对去除亚甲基蓝模拟废液进行动力学分析,求得反应速率常数k=250min-1,表观吸附速率常数K=0.00219L/mg,其相关系数R=0.9998;并对连续微波-活性炭协同去除亚甲基蓝模拟废液的规律进行了研究。实验结果表明采用微波法对活性炭进行再生,再生活性炭能够达到新鲜活性炭水平,可以实现活性炭的循环再生利用,这使得宝贵的碳资源得以循环再生,环境污染和生态破坏得以控制,同时降低了企业生产成本,符合建设社会主义和谐社会的基本要求,具有资源环境、经济效益和社会责任三重意义。
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