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本论文以实验室制备的更为廉价、中孔率更高的酚醛-糠醛基炭气凝胶为吸附剂,分别进行了物理和电吸附实验,详细研究了各因素对其吸附性能的影响。
选用海水中常见的Na+、Mg2+、Ca2+,以及电镀行业和化工企业污水中大量存在的Cu2+、Pb2+、Hg2+、Ni2+及对水质污染较严重的苯酚和苯胺为吸附质进行了物理吸附试验,通过实验得到了各种吸附质的吸附数据并绘制了它们的吸附等温线,详细研究了PH值、温度、浓度、离子类别对吸附的影响,并推测了吸附机理。物理吸附的实验结果表明:炭气凝胶对Na+、Mg2+、Ca2+吸附量很小,而对Cu2+、Pb2+、Hg2+、苯酚、苯胺则具有显著的吸附,吸附量可达4~77mg/g。随着吸附质浓度的增加、温度和pH值的增大,炭气凝胶的吸附量均有显著的增加;分别应用Langmuir和Freundlich吸附模型对所得的吸附数据进行拟和,发现几种物质的吸附行为更为符合Freundlich模型。
将制成的一定厚度的片状炭气凝胶粘于石墨集电极上,分别对NaCl、NaBr、NaI、NaNO3、MgCl2、KCl、CaCl2等物质进行静态电吸附实验,考察了电压、电极厚度、溶液浓度等因素对炭气凝胶电极电吸附性能的影响。电吸附实验结果表明:炭气凝胶电吸附量较大且能够很好的再生;随着施加的电压从0.6V增加至2V,电吸附容量从1mg/g骤增至11mg/g,且电压超过1.5V后电吸附容量增加趋缓;炭气凝胶电极厚度从0.5增加至1.5mm时,由于电场在电极轴向分布上的减弱,其电吸附量呈现单调减少的趋势,在电压为1.2V厚度为0.5mm时,其电吸附量达到12.7mg/g;浓度从200~1000ppm增加时,炭气凝胶对各物质的电吸附容量均有明显增加;电吸附容量仅与中孔比表面有关;炭气凝胶对一价离子的吸附优于二价离子;炭气凝胶电吸附平衡的时间较短,一般仅20分钟左右;电极再生性能良好,30次使用后的再生率超过80﹪。
本课题详细研究了酚醛-糠醛基炭气凝胶的物理和电吸附行为,总结了酚醛-糠醛基炭气凝胶吸附剂的物理和电吸附规律,期望能够对炭气凝胶这样一种新的结构可控的吸附材料在工业废水处理和海水苦咸水等领域的净化应用提供了参考。