利用啤酒废酵母制备活性炭及其吸附催化性能研究

活性炭(AC, Activated Carbon)具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，吸附容量大，能有效地去除环境中的污染物质，是一种优良的吸附剂，啤酒酵母属于真菌类，含有丰富的炭元素，是制备活性炭的可选廉价原料。以废啤酒酵母为原料，制备粉末活性炭(PAC, Powder Activated Carbon）、颗粒活性炭(GAC, Granular Activated Carbon)和载锰活性炭(Mn/PAC, Powder Activated Carbon supported Manganese)，以亚甲基蓝（MB, Methylene Blue）溶液模拟染料废水，甲苯模拟挥发性有机气体(VOCs, Volatile Organic Compounds)，考察这三种活性炭吸附与催化降解性能。
　　 一步活化法制备PAC是采用NaOH溶液预先浸渍废啤酒酵母，而后高温活化制备而得，考察活化时间、活化温度、废啤酒酵母与NaOH的质量比对PAC吸附性能的影响，通过正交实验得到PAC的最佳制备方法，即废啤酒酵母与NaOH的质量比为10：2，活化时间为4h，活化温度为550℃，最佳条件下制备的PAC的比表面积为670m2/g，孔容积为0.387ml/g，平均孔径为2.3nm，由PAC的红外吸收光谱图分析可知，PAC表面存在着-NH2、-OH、C=O等官能团，XRD分析可知PAC主要由无定形炭构成，PAC对MB的最大吸附量为392.0±22.1mg/g。以水玻璃作为粘结剂，以最佳活化条件下制备的PAC为原料制备GAC，取2mm粒径的GAC对MB进行吸附，GAC对MB的最大吸附量为65.47±4.542mg/g。
　　 以甲苯模拟VOCs，考察PAC与GAC对甲苯的吸附，PAC对甲苯的吸附效果要强于GAC，PAC与GAC对甲苯的吸附可以在2h内达到平衡，PAC对甲苯的最大吸附量为76.37±7.98mg/g，GAC对甲苯的最大吸附量为41.20±1.62mg/g。通过PAC与GAC对苯与甲苯的竞争吸附可以发现PAC与GAC对甲苯的吸附要优于对苯的吸附。
　　 载锰活性炭(Mn/PAC)的制备是废啤酒酵母先吸附Mn2+，而后经NaOH浸渍，高温活化制备而得。Mn/PAC的比表面积低于PAC，由XRD与XPS分析可知Mn/PAC上负载的化合物是MnO2，考察Mn/PAC的吸附与催化性能，Mn/PAC的吸附性能差于PAC，将PAC与Mn/PAC应用在高级氧化处理MB中，可以发现加入Mn/PAC可以明显提高MB的降解效率，催化臭氧氧化降解MB的效果高于单独臭氧氧化和加入PAC催化臭氧氧化，3种氧化反应均较好的符合二级动力学方程，Mn/PAC催化臭氧氧化MB的二级动力学常数为0.0002L/(mg·min)，高于单独臭氧氧化0.00006L/(mg·min)和PAC催化臭氧氧化0.0001L/(mg· min)。