综合实验综合实验综合实验综合实验I I I I实验五实验五实验五实验五 果壳活性炭的制备及其果壳活性炭的制备及其果壳活性炭的制备及其果壳活性炭的制备及其碘值及亚甲基蓝吸附值的测定碘值及亚甲基蓝吸附值的测定碘值及亚甲基蓝吸附值的测定碘值及亚甲基蓝吸附值的测定一、实验目的一、实验目的1 1 熟悉活性炭的制备方法，了解活性炭制备的工熟悉活性炭的制备方法，了解活性炭制备的工艺参数艺参数2 2 掌握活性炭碘值及亚甲基蓝吸附值测定方法，掌握活性炭碘值及亚甲基蓝吸附值测定方法，了解活性炭的评价指标。了解活性炭的评价指标。3 3 了解活性炭的制备工艺及应用了解活性炭的制备工艺及应用二、活性炭简介 木炭与活性炭的区别木炭与活性炭的区别 活性炭在现代社会中的应用：活性炭在现代社会中的应用： 空气或其它气体的净化空气或其它气体的净化 气体分离（高纯氮的制备方法，碳分子筛）气体分离（高纯氮的制备方法，碳分子筛） 液体或溶液的脱色与净化液体或溶液的脱色与净化 水处理水处理 催化剂或催化剂载体催化剂或催化剂载体 活性炭有活性炭有“万能吸附剂万能吸附剂”之称，目前，随着对环境保之称，目前，随着对环境保护的日益重视，工业活性炭的需求量不断上升。目前全世护的日益重视，工业活性炭的需求量不断上升。目前全世界活性炭年产量界活性炭年产量？万吨，国内年产量万吨，国内年产量？万吨。万吨。 Activated carbon or Active carbon 活性炭是具有发达孔隙结构，有很大比表面积和活性炭是具有发达孔隙结构，有很大比表面积和吸附能力的炭。（化工百科全书）吸附能力的炭。（化工百科全书） 活性炭是在碳化前、碳化时或碳化后经由气体或活性炭是在碳化前、碳化时或碳化后经由气体或与化学品（如氯化锌）作用以增加吸附能力的多孔与化学品（如氯化锌）作用以增加吸附能力的多孔碳。（碳。（IUPAC） 多孔多孔，经过活化的经过活化的。 微孔：微孔：50 nm 通常活性炭孔容介于通常活性炭孔容介于0.21mL/g, 主要是微孔。比表主要是微孔。比表面大约介于面大约介于5001500m2/g活性炭的定义活性炭的定义活性炭的制备方法活性炭的制备方法原料：煤、木材、沥青、果壳、桔杆、植物、橡胶原料：煤、木材、沥青、果壳、桔杆、植物、橡胶.制备通常经两个过程：制备通常经两个过程： 碳化碳化（去除所含的氧等得到碳）、（去除所含的氧等得到碳）、活化活化（造孔）（造孔） 制备活性炭的关键工艺是活化步骤制备活性炭的关键工艺是活化步骤 化学品活化法化学品活化法：用氯化锌、磷酸、或氢氧化钾等。：用氯化锌、磷酸、或氢氧化钾等。 气体活化法气体活化法：用水蒸汽或二氧化活等气体进行活化。：用水蒸汽或二氧化活等气体进行活化。 两种活化法各有优缺点两种活化法各有优缺点, 采用化学品活化法采用化学品活化法,碳化过碳化过程与活化过程可同时进行。选定的工艺参数主要是程与活化过程可同时进行。选定的工艺参数主要是原原料料、碳化和活化的、碳化和活化的温度及时间温度及时间、活化剂的用量活化剂的用量。 活性炭性能指标活性炭性能指标1 吸附性吸附性 孔容，孔径，比表面。碘值、亚甲基蓝吸附值、硫酸大喹孔容，孔径，比表面。碘值、亚甲基蓝吸附值、硫酸大喹啉吸附量、四氯化碳吸附量、苯酚吸附量啉吸附量、四氯化碳吸附量、苯酚吸附量2 化学性：无机成分（如水分、灰分、水可抽提成分、含各化学性：无机成分（如水分、灰分、水可抽提成分、含各种金属、硫酸盐、磷酸盐）、种金属、硫酸盐、磷酸盐）、pH值值3 机械性：粒度、密度、强度、耐磨性、强度机械性：粒度、密度、强度、耐磨性、强度4 催化性催化性 1 碘值的测定原理碘值的测定原理 （）（） 一定量的试样与碘液经充分吸附后一定量的试样与碘液经充分吸附后,经过经过滤滤,用硫代硫酸钠溶液滴定滤液中残留的碘量用硫代硫酸钠溶液滴定滤液中残留的碘量.取剩余碘浓度取剩余碘浓度0.02mol/L(1/2I2)下每克炭吸附下每克炭吸附的碘量的碘量(以毫克计以毫克计)定为碘值定为碘值. 任何吸附剂的吸附量与达到吸附平衡时的任何吸附剂的吸附量与达到吸附平衡时的吸附质浓度有关吸附质浓度有关. 苯酚在三种活性炭苯酚在三种活性炭(AC-W, AC-H, AC-N)上不上不同温度下吸附平衡同温度下吸附平衡 图2 苯酚在三种活性炭(AC-W, AC-H, AC-N) 上不同温度下吸附平衡. 实验, - Freundlich拟合Fig. 2 Adsorption equilibrium isothermal of phenol on ACs at 15，40 and 70. experimental; - Freundlich equation fitting.图图1磺基水杨酸磺基水杨酸(A)和和3, 5二硝基水杨酸二硝基水杨酸(B)吸附平衡等温线及吸附平衡等温线及Langmuir吸附等温方程拟合曲线吸附等温方程拟合曲线图1磺基水杨酸(A)和3, 5二硝基水杨酸(B)吸附平衡等温线及Langmuir吸附等温方程拟合曲线Fig. 1 Adsorption equilibrium isothermal of sulfosalicylic acid (A) and 3,5-dinitrosalicylic acid (B) on AC and AC-ox at 15 and 40. AB 在国家标准中，为了消除不同平衡浓度有影响，在国家标准中，为了消除不同平衡浓度有影响，是采用经验校正因子的方法。是采用经验校正因子的方法。 但这一国家标准的漏洞在于没有限定但这一国家标准的漏洞在于没有限定温度温度，而温，而温度的影响一般是很大的。度的影响一般是很大的。2 亚甲基蓝的吸附量（）亚甲基蓝的吸附量（） 试样与一定量试样与一定量(以毫升为单位以毫升为单位)的亚甲基蓝溶液混合作用后的亚甲基蓝溶液混合作用后过滤过滤.滤液用分光光度计测定其吸光度滤液用分光光度计测定其吸光度, 当当该吸光度低于规定该吸光度低于规定浓度下的标准溶液吸光度浓度下的标准溶液吸光度, 则所需亚甲基蓝毫升数为则所需亚甲基蓝毫升数为活性炭的活性炭的亚甲基蓝吸附值亚甲基蓝吸附值.注意几点：注意几点：1、所用的亚甲基蓝溶液的浓度规定为。、所用的亚甲基蓝溶液的浓度规定为。2、加入、加入pH为为7的缓冲溶液。的缓冲溶液。3、亚甲基蓝吸附值以、亚甲基蓝吸附值以 mL/0.1g, 或以或以mg/g表示，并且是以活性表示，并且是以活性炭的干重计。炭的干重计。4、对活性炭样品颗度的要求是、对活性炭样品颗度的要求是71um。5、所用的标准溶液是、所用的标准溶液是4 g/L的硫酸铜为标准进行对照。的硫酸铜为标准进行对照。可能存在的两个问题可能存在的两个问题： 一是对温度要求比较宽（一是对温度要求比较宽（25+-5度），其次，在方度），其次，在方法概述中不应该用法概述中不应该用“低于低于”规定吸光度，而是用规定吸光度，而是用“相相当当”并指明一个吸光度的允许偏差范围。并指明一个吸光度的允许偏差范围。三、实验仪器、试剂三、实验仪器、试剂原料：木屑原料：木屑活化剂：磷酸、活化剂：磷酸、KOH碘值测定试剂：碘碘值测定试剂：碘(0.0500mol/L)的碘化钾溶液的碘化钾溶液,硫代硫酸钠标准溶液硫代硫酸钠标准溶液, 淀粉指示剂淀粉指示剂, 1:9盐酸盐酸, 重铬重铬酸钾酸钾 亚甲基蓝吸附值测定亚甲基蓝溶液亚甲基蓝吸附值测定亚甲基蓝溶液, 磷酸氢二钠磷酸氢二钠-磷酸二氢钾缓冲溶液硫酸铜溶液磷酸二氢钾缓冲溶液硫酸铜溶液.程序控温高温炉程序控温高温炉(型号、厂家型号、厂家 )分光光度计（型号、厂家）分光光度计（型号、厂家）真空水泵（型号、厂家）真空水泵（型号、厂家）抽滤装置抽滤装置碱式滴定装置碱式滴定装置实验方案设计实验方案设计 小组合作法：小组合作法：考察不同活化剂及活化剂用量对活性炭吸附考察不同活化剂及活化剂用量对活性炭吸附性能的影响。性能的影响。注注:磷酸直接用浓磷酸磷酸直接用浓磷酸, KOH与水按与水按1:3比例配比例配组号组号活化活化剂剂活化剂用量活化剂用量（g/g）组号组号活化剂活化剂活化剂用量活化剂用量（g/g）1磷酸磷酸0.15KOH0.052磷酸磷酸0.36KOH0.13磷酸磷酸0.57KOH0.24磷酸磷酸0.88KOH0.3四、实验步骤四、实验步骤一、活性炭的制备一、活性炭的制备1、将原料磨碎为、将原料磨碎为3mm以下颗粒。以下颗粒。2、称量一定量（以所用蒸发皿或坩埚容积大小而定）、称量一定量（以所用蒸发皿或坩埚容积大小而定）原料，按以上方案加入活化剂并搅拌均匀。原料，按以上方案加入活化剂并搅拌均匀。3、置于、置于150 烘箱中干燥烘箱中干燥2小时。小时。4、转入高温炉，、转入高温炉，0-2000-200（60min60min），然后），然后20min20min升升到到400 400 ，保持，保持120min120min，40min40min升到升到650 650 ，并保持，并保持120min120min，自然冷却至室温，取出。，自然冷却至室温，取出。5 5、将样品先用、将样品先用1:91:9盐酸洗涤盐酸洗涤, ,再用水洗至滤液再用水洗至滤液pHpH接近接近7,7,在在120 120 烘箱中干燥烘箱中干燥10小时。得活性炭。小时。得活性炭。四、实验步骤四、实验步骤二、亚甲基蓝吸附值的测定二、亚甲基蓝吸附值的测定1、将活性炭粉碎过筛（），称量克活性炭、将活性炭粉碎过筛（），称量克活性炭于两份分别置于两个于两份分别置于两个100mL碘量瓶或锥形碘量瓶或锥形瓶中，瓶中，在在10mL量筒中量取量筒中量取10mL 1.5 g/L亚亚甲基蓝溶液甲基蓝溶液, 用胶头滴管取亚甲蓝溶液逐渐用胶头滴管取亚甲蓝溶液逐渐加入到活性炭中加入到活性炭中,并不断摇动，并通过瓶壁并不断摇动，并通过瓶壁溶液颜色与与溶液颜色与与4 g/L硫酸铜的颜色比较，颜硫酸铜的颜色比较，颜色相当时，不再加入亚甲蓝，记录加入的色相当时，不再加入亚甲蓝，记录加入的亚甲蓝的体积，抽滤。亚甲蓝的体积，抽滤。2 将滤液测定吸光光度值并与将滤液测定吸光光度值并与4 g/L硫酸铜的吸光硫酸铜的吸光度值比较，如果超过硫酸铜的吸光度值倍或低于度值比较，如果超过硫酸铜的吸光度值倍或低于硫酸铜吸光度值倍硫酸铜吸光度值倍,重新测定重新测定.亚甲基蓝吸附值亚甲基蓝吸附值(mL/0.1g)=V亚甲蓝亚甲蓝 (mL)亚甲基蓝吸附值亚甲基蓝吸附值(mg/g)=V亚甲蓝亚甲蓝*15三、碘值的测定三、碘值的测定1、称粉碎并过筛（）的活性炭、称粉碎并过筛（）的活性炭0.500 g置于碘量瓶置于碘量瓶中，加入中，加入10 mL 1：9的盐酸，在电炉中加热至沸的盐酸，在电炉中加热至沸0.5min, 冷至室温后冷至室温后, 加入的已标定的碘溶液加入的已标定的碘溶液, 盖盖好瓶盖好瓶盖, 在振荡器上振荡在振荡器上振荡15min, 迅速过滤至干燥迅速过滤至干燥的烧杯中的烧杯中.2、用移管取、用移管取10mL滤液放入碘量瓶中，加入滤液放入碘量瓶中，加入100mL水，用硫代硫酸钠测定剩余的碘。水，用硫代硫酸钠测定剩余的碘。活性炭碘吸附值计算：活性炭碘吸附值计算：D校正因子，查表校正因子，查表注意：国标是按注意：国标是按I来计算碘的物质的量浓度的，而不是按来计算碘的物质的量浓度的，而不是按I2来计算的，因此，前面浓度换算为以上公式中应为来计算的，因此，前面浓度换算为以上公式中应为实验报告要求实验报告要求1、需要包括小组数据，并对结果作一定的分析和、需要包括小组数据，并对结果作一定的分析和讨论，得出一定的结论。讨论，得出一定的结论。2、报告要指明测定所依据的国家标准。、报告要指明测定所依据的国家标准。3、结合自已本地特有的资源，提出可作为工业制、结合自已本地特有的资源，提出可作为工业制备活性炭的原料。（并希望免费给我们提供下届备活性炭的原料。（并希望免费给我们提供下届学生实验的原料）学生实验的原料）