新型无机胶凝炭可再生净水器滤芯材料的研制

论文摘要

本文以粉末活性炭为主要原料,采用无机胶凝材料作无机胶凝剂,研制一种新型的无机胶凝炭可再生净水器滤芯材料。通过探讨无机胶凝剂的选择、造粒技术及添加剂等因素对材料性能的影响,得出了制备滤芯材料的最佳配方和工艺条件,并通过探讨养护时间和温度确定了材料的蒸压养护制度。用XRD、BET、SEM、EDS等现代测试分析手段对材料的微观结构进行表征；测试了材料对水质甲醛的吸附特性以及Cd2+的去除效果；并对材料的循环吸附能力进行探索；同时采用外裹工艺对无机胶凝炭净水器滤芯材料的制备工艺进行初步改进。与市面净水器滤芯材料相比,该方法具有成本低廉、工艺简单、吸附性能好、可循环再生等优势。通过大量实验得出,较佳无机胶凝剂为熟料；利用熟料制备试样的较佳方案是：活性炭、熟料和硅微粉质量比例分别为：70wt%、25wt%和5wt%,最佳粒度为16-20目；最佳养护制度：养护温度195℃,养护时间6hrs最佳试样性能：碘吸附值为551.72mg/g,抗压强度为7.25MPa,炭含量为58.48%,气孔率为57.34%,吸水率为69.42%,透水率为1011mL/min,比表面积452.86m2/g,平均孔径2.62nm,总孔容0.30m3/g。从BET的孔径分布曲线可以看出试样是以微孔为主的吸附材料,其微孔孔径分布分别在0.60-1.12nm之间。XRD、SEM、EDS观测结果表明,试样中活性炭的孔结构不受无机胶凝剂的影响,胶凝剂添加量越多试样的抗压强度越大,试样的吸附性能与配方中的活性炭含量成正比。实验表明,试样对甲醛溶液的吸附性能良好,甲醛的饱和吸附量为0.0148mg/g,且对甲醛具有一定的循环再生能力；试样对Cd2+去除效果十分优异,循环吸附20次除镉率平均达83.8%。外裹工艺可进一步提升滤芯质量,最佳外裹胶凝剂量（熟料、硅微粉混合物）为10wt%,与上述最优试样性能相比：试样的抗压强度可提升至8.25MPa,并可减少炭流失。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 我国饮用水概况
• 1.1.1.1 农村饮用水
• 1.1.1.2 城市饮用水
• 1.1.2 家用净化器
• 1.1.2.1 简介
• 1.1.2.2 净水器滤芯
• 1.2 活性炭滤芯
• 1.2.1 活性炭简介
• 1.2.2 活性炭滤芯的发展
• 1.3 活性炭滤芯材料的制备方法
• 1.3.1 块状植物材料直接炭活化
• 1.3.2 碳质前驱体人工成型
• 1.3.3 活性炭陶瓷
• 1.3.4 粉末活性炭粘结成型
• 1.3.4.1 有机胶黏成型
• 1.3.4.2 无机胶黏与无机胶凝成型
• 1.4 课题的提出
• 1.4.1 来源与背景
• 1.4.2 目的和意义
• 1.4.3 研究主要内容
• 第二章 实验研究方案
• 2.1 研究与实验思路
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 原料及设备
• 2.2.1.1 原料及药品
• 2.2.1.2 仪器与设备
• 2.3 性能测试与表征
• 2.3.1 碘吸附测试
• 2.3.2 抗压强度
• 2.3.2.1 试样制备
• 2.3.2.2 操作步骤
• 2.3.2.3 结果计算
• 2.3.3 吸水率、气孔率测定
• 2.3.4 透水率测定
• 2.3.5 XRD分析
• 2.3.6 炭含量测定
• 2.3.7 比表面测定
• 2.3.8 扫描电子显微镜分析
• 2.3.9 能谱分析
• 2.4 水处理实验
• 2.4.1 水质甲醛吸附试验
• 2.4.1.1 拟废液的配制
• 2.4.1.2 甲醛浓度的测定方法
• 2.4.2 甲醛脱附处理
• 2+的去除试验'>2.4.3 Cd²⁺的去除试验
• 2.4.3.1 拟废液的配制
• 2+的测定方法'>2.4.3.2 Cd²⁺的测定方法
• 第三章 无机胶凝活性炭净水器滤芯材料的研制
• 3.1 试样的制备
• 3.1.1 物料配比
• 3.1.2 蒸压养护
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 无机胶凝剂的选择
• 3.2.1.1 普通硅酸盐水泥作无机胶凝剂
• 3.2.1.2 熟料作无机胶凝剂
• 3.2.2 粒度级配
• 3.2.3 硅微粉添加量
• 3.2.4 蒸压养护制度的确定
• 3.2.4.1 养护温度
• 3.2.4.2 养护时间
• 3.3 微观结构表征
• 3.3.1 XRD测试分析
• 3.3.2 氮吸附-脱附等温线分析
• 3.3.3 BET测试分析
• 3.3.4 孔径分布
• 3.3.5 SEM观测分析
• 3.4 物理性能测试
• 3.5 本章小结
• 第四章 无机胶凝炭净水器滤芯材料的水处理实验
• 4.1 水质甲醛的吸附
• 4.1.1 吸附时间的影响
• 4.1.2 初始浓度的影响
• 4.1.3 pH值的影响
• 4.1.4 循环脱吸附
• 4.2 除镉试验
• 4.2.1 吸附时间的影响
• 4.2.2 初始浓度的影响
• 4.2.3 pH值的影响
• 4.2.4 循环试验
• 4.3 本章小结
• 第五章 无机胶凝炭滤芯材料工艺改进及性能的初探
• 5.1 试样的制备
• 5.2 外裹工艺配方
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 外裹工艺
• 5.4 物理性能测试
• 5.5 吸附性能对比分析
• 5.5.1 甲醛吸附性能对比
• 5.5.2 重金属去除效果对比
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文