当前,纺织纤维全球加工总量已超过8 000多万t,其中我国的纺织纤维加工总量占一半以上[1]。据统计,我国每年产生3 000万t以上废弃原棉,若采用填埋处理不仅需占用大面积场地且将造成土壤污染,若采用焚烧处理则产生的大量有害气体和粉尘将造成大气污染[2-3]。因此,寻找一种新型资源化利用纺织废料的技术具有重要意义。

近年来,国内外一些研究者以ZnCl2为活化剂以废弃原棉为原料制备活性炭[2,4],然而ZnCl2不但具有腐蚀性且毒性强,制备过程中产生的废弃液体若处理不当将对环境造成严重污染,该活化剂在一些国家已被禁止使用[5]。为此,部分研究者开始以FeCl3作为一种新型活化剂制备活性炭。研究结果表明,FeCl3活化效果较为良好,但所制备的活性炭存在比表面积低且呈粉末状等不足[6]。

因此,本文采用棉纱生产过程中产生的废弃原棉为原材料,以FeCl3/ZnCl2混合物为活化剂制备活性炭,通过两者协同活化作用,使在提高活性炭品质的同时降低ZnCl2对环境造成的污染,并采用正交试验,考察活化剂质量比、活化温度以及活化时间对得率和碘吸附值的影响,得出最优工艺参数,并探讨最优样对亚甲基蓝的吸附性能。

应当地政府要求，为当地施工水井一眼。根据分析论证，井位设计在巷道垂直投影范围内。设计井深75m，井径425mm。

1 材料和方法

1.1 试验材料

废弃原棉来自江苏省无锡市某棉纺织厂,氯化锌、六水合氯化铁、盐酸、碘以及亚甲基蓝等化学试剂均为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司。

在应用微课教学的前期阶段，教师应当引导学生对新知识进行预习，这样在学生的脑海中就会形成新知识的雏形，并且学生也会围绕新课产生较多不同的问题，这时学生难免无法明确重点在哪。在这一过程中应用微课，主要是起到帮助学生捋顺新课，解答问题的作用，当学生加深对新课的了解后，后续学习新知识的难度就会有所下降。例如：学生在预习数的整除这节内容时，就会产生相应疑问：“为什么能被3整除的数不一定能被9整除，而能被9整除的一定能被3整除呢？”以该问题为切入点，教师就可以在课前制作关于整除概念的微课，这样学生在对这一知识进行预习时，就能快速走出思维误区，并在学习微课的基础上正确理解整除及算理。

1.2 试验方法

1.2.1 活性炭的制备

将原棉剪碎至长0.5 cm左右,并将5 g原棉按质量比(活化剂/原棉)为3∶1分别浸渍于50 mL FeCl3/ZnCl2质量比为1∶2、1∶1及2∶1的活化剂溶液中,且在室温下浸渍24 h。将样品混合物放入干燥箱中,在60 ℃下干燥24 h。干燥后将样品移至管式炉中进行高温热解,在流量为100 cm3·min-1的氮气保护下,升温速率为10 ℃·min-1升温至活化温度分别为400、550和700 ℃,活化时间分别为0.5、1和1.5 h。待热解完成后,将所得样品先进行研磨,然后用100 mL体积分数为3.75%的HCl溶液加热至微沸后酸洗5 min,再用去离子水反复冲洗至pH不变为止,最后将洗好的炭放入105 ℃干燥箱中干燥24 h,取备待用。

1.2.2 正交试验方法

本文选取FeCl3/ZnCl2质量比、活化温度以及活化时间为影响因素,以活性炭的得率和碘吸附值作为试验指标,建立三因素三水平的正交试验方法,并用L9(34)正交表对活性炭的工艺参数进行优化,其正交试验因素水平表如表1所示。

全碳纤维复合材料、大尺寸车体承载结构的成功研制，验证了复合材料在轨道交通承载结构上应用的可行性。但是，复合材料在轨道车辆的应用尚处于起步阶段，仍受成本、材料、设计、工艺等限制，尤其是成本问题，是制约其推广应用的强大壁垒。持续快速发展CFRP技术，推进轨道交通复合材料车体的应用须从以下几方面推进：

 

表1 正交试验影响因素和水平Tab.1 Factors and levels of the orthogonal tests

  

水平影响因素的取值范围FeCl3/ZnCl2质量比(A)活化时间(B)/h活化温度(C)/℃11∶20.540021∶11.055032∶11.5700

1.2.3 活性炭的分析

[1] 姚穆.我国纺织产业面临的挑战与对策[J].棉纺织技术,2014,42(2):1-4.

1.2.4 亚甲基蓝吸附等温实验

洋山港主航道是大型船舶进出洋山港的专用双向航道。大型船舶从黄泽洋灯船进入洋山港主航道,以航向281°航行6.6 n mile，驶过Y0灯浮后，改向279°通过Y1和Y8灯浮之间的航道到达洋山港警戒区，再转向至298°，接着航行3.5 n mile到达小岩礁，然后转向305°，经过一、二、三期港区至洋山港四期码头前沿水域。[3]全程共计约29 n mile，航道设计水深16.5 m，航道宽度550～1 000 m。航道最窄处位于小岩礁附近约为550 m，最小水深为16.5 m。[4]

教材在许多章节后面设置了一些拓展资料，介绍科学前沿知识。教师应利用这些内容，拓展学生对最新科学前沿知识的了解。例如，针对必修1中有关授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究，教师可适当增加阿格雷博士对水通道蛋白研究的资料，并让学生思考：通道蛋白与载体蛋白有什么关系？水分子只有自由扩散吗？离子运输只有主动运输吗？静息电位与动作电位如何形成？海南卷与全国卷生物高考试题中就曾经考查过有关水分子的协助扩散，以及静息电位与动作电位形成的机制问题。

2 试验现象及结果分析

2.1 正交试验

正交试验条件及结果如表2所示。极差结果分析如表3所示,其中:ki为第j列i水平所对应的试验指标的平均值,即ki=Ki/n,Ki为第j列i水平所对应的试验指标的数值之和(i、j=1、2、3);极差R为第j列各水平所对应的试验指标平均值中的最大值与最小值之差,即R=kmax-kmin。

将0.05 g活性炭投加至50 mL初始质量浓度分别为0、100、150、200、250、300、350 mg·L-1的亚甲基蓝溶液中,放入恒温摇床(25 ℃、150 r·min-1)震荡24 h后取出,并用0.45 μm滤膜过滤后测定其质量浓度。

 

表2 正交试验条件及结果Tab.2 Conditions and results from the orthogonal tests

  

样品编号制备条件FeCl3/ZnCl2质量比(A)活化时间(B)/h活化温度(C)/℃试验结果得率/%碘吸附值/(mg·g-1)11∶20.540023.58907.1621∶21.055045.24807.1631∶21.570036.48773.4941∶10.555047.12865.4851∶11.070052.26743.1361∶11.540037.86950.7772∶10.570055.66845.5082∶11.040034.121072.7192∶11.555046.54865.48

 

表3 极差结果分析Tab.3 Results of range analysis

  

极差结果得率/%ABC碘吸附值/(mg·g-1)ABCk135.1042.1231.85829.27872.71976.88k245.7543.7546.30853.13874.33846.04k345.4440.2948.13927.90863.25786.71极差R10.653.4616.2898.6311.08190.17较优水平A2B2C3A3B2C1主次因素CABCAB

根据极差R的大小可以确定各个影响因素对所选指标的影响程度,极差越大则说明该影响因素对试验指标的影响程度越大,反之则越小。由表3可知,以得率为试验指标时,极差R(FeCl3/ZnCl2质量比)=10.65,R(活化时间)=3.46和R(活化温度)=16.28,所以影响因素对试验指标的影响程度由高至低依次为活化温度、FeCl3/ZnCl2质量比和活化时间。根据表3可知,以碘吸附值为试验指时,极差R(FeCl3/ZnCl2质量比)=927.90,R(活化时间)=11.08和R(活化温度)=190.17,故影响程度由高至低依次为活化温度、FeCl3/ZnCl2质量比及活化时间。

不同影响因素对活性炭得率和碘吸附值的影响如图1所示。从图1(a)中可以看出,当FeCl3/ZnCl2质量比由1∶2增大至1∶1时,得率由35.1%增加到45.75%,这是由于FeCl3占比的增加更有利于抑制焦油和挥发物产生,使得率有一定增加。当FeCl3/ZnCl2质量比继续增大至2∶1时,得率略有下降(45.44%),表明随着质量比的进一步增大,得率保持不变。当活化时间从0.5 h延长至1 h时,得率由42.12%增加至43.75%;当活化时间为1.5 h时,得率下降至40.29%。由此可见,活化时间对得率的影响并不是很大。此外,随着活化温度从400 ℃升高至550 ℃,得率由31.85%增加至46.30%,且当温度继续升高至700 ℃时,得率增加至48.13%。结果表明,以得率为试验指标,最优工艺参数为FeCl3/ZnCl2质量比1∶1、活化时间1 h以及活化温度700 ℃。

吸附量较大,一方面是由于吸附剂具有的较高的比表面积和较发达的孔隙结构对亚甲基蓝起到一定的吸附作用;另一方面可能跟AC-Fe/Zn上存在的官能团或离子与亚甲基蓝发生静电吸附或络合作用有关。

  

图1 不同影响因素对两种试验指标的影响Fig.1 Effects of different factors on the carbon yield and iodine number

[2] 许巧丽,王淑花,李芬,等.废旧棉织物活性炭的制备与性能[J].纺织学报,2015,36(10):73-79.

2.2 吸附等温线

AC-Fe/Zn对亚甲基蓝的吸附等温线如图2所示,并分别通过Langmuir和Freundlich吸附等温模型进行拟合,表达式分别为

Langmuir吸附等温模型方程

 

(1)

Freundlich吸附等温模型方程

 

(2)

式中:Ce为平衡浓度,mg·L-1;qe为平衡吸附量,mg·g-1;qL为最大吸附量,mg·g-1;KL为Langmuir常数,L·mg-1;KF为Freundlich常数,mg·g-1;n为浓度指数。

综上所述，现场施工管理是一项复杂而又细致的系统工作，涉及到诸多不同的学科。在实际工作中，应针对不同的管理难点，采取行之有效的应对措施，提高现场施工管理水平，使施工始终处在理想的可控状态。

  

图2 AC-Fe/Zn对亚甲基蓝的Langmuir、Freundlich吸附等温线的拟合

 

Fig.2 Fitting of langmuir and Freundlich isotherms of the sample AC-Fe/Zn

AC-Fe/Zn对亚甲基蓝的Langmuir、Freundlich吸附等温常数如表3所示。由表3中R2可知,AC-Fe/Zn对亚甲基蓝的吸附更符合Langmuir吸附等温模型,表明该吸附过程主要为单分子层吸附,最大吸附量为342.87 mg·g-1。

 

表3 亚甲基蓝的Langmuir、Freundlich吸附等温常数Tab.3 Langmuir and Freundlich isotherms constants of methylene blue

  

吸附剂LangmuirqL/(mg·g-1)KL/(L·mg-1)R2FreundlichKF/(mg·g-1)nR2AC-Fe/Zn342.877.390.90239.696.430.89

如图1(b)所示,当FeCl3/ZnCl2质量比由1∶2增大至1∶1时,碘吸附值由829.27 mg·g-1增加至853.13 mg·g-1,且当FeCl3/ZnCl2质量比继续增大至2∶1时,碘吸附值也继续增加至927.90 mg·g-1,达到最大。这是由于碘吸附值与活性炭微孔结构有关,吸附值越大说明活性炭微孔结构越丰富、数量越多,反之则越少。并且在水溶液中Fe3+的尺寸要小于Zn2+的尺寸[8],所以随着FeCl3占比的增加,活性炭微孔结构也逐渐增多,使碘吸附值逐渐增大。随着活化时间从0.5 h增加至1 h,碘吸附值从872.71 mg·g-1增大至874.33 mg·g-1,且当活化时间继续增加至1.5 h时,碘吸附值下降至863.25 mg·g-1,活化时间对碘吸附值的影响不是很大。此外,当活化温度由400 ℃升高至700 ℃时,碘吸附值从976.88 mg·g-1减小至786.71 mg·g-1。这是由于温度升高促进了挥发性物质的释放,导致低温时所形成的微孔间相互连通、崩塌以及结构被破坏,最终导致碘吸附值下降[9]。结果表明,以碘吸附值为试验指标,最优工艺参数为FeCl3/ZnCl2质量比2∶1、活化时间1 h以及活化温度400 ℃。

3 结 论

(1) 以废弃原棉为原料,FeCl3/ZnCl2为活化剂,通过正交试验考察了FeCl3/ZnCl2质量比、活化温度和活化时间对得率和碘吸附值的影响,得出最优工艺参数为FeCl3/ZnCl2质量比1∶1,活化温度400 ℃,活化时间1 h。

(2) 吸附实验结果表明:吸附等温线更符合Langmuir吸附等温线模型,最大吸附量为342.87 mg·g-1。这说明AC-Fe/Zn对亚甲基蓝具有良好的吸附性能,且为单分子层吸附。

4.2.3 教学中应该对学生进行心理疏导，培养学生勇攀高峰的精神，特别是克服女生的畏惧心理，树立自信心。利用女生比较喜欢物理理论知识的特点，可以和男生喜爱运动的性格互补，取长补短，相得益彰，共同进步。

参考文献:

碘吸附值的测定根据《GB/T 12496.8—1999》木质活性炭碘吸附值测定方法进行[7]。

综合考虑制备成本、能耗等因素,同时为了制备出兼具较高得率和碘吸附值的活性炭,确定最优工艺参数为活化温度400 ℃、FeCl3/ZnCl2质量比1∶1以及活化时间1 h,并将在此条件下制备而成的活性炭命名为AC-Fe/Zn,进行后续研究。

[3] 张丽,刘梁森,邱冠雄.废弃纺织材料回收利用的研究进展[J].纺织学报,2013,34(4):153-160.

[4] CHIU K L,NG D H L.Synthesis and characterization of cotton-made activated carbon fiber and its adsorption of methylene blue in water treatment[J].Biomass and Bioenergy,2012,46:102-110.

[5] 孙媛媛.芦竹活性炭的制备、表征及吸附性能研究[D].济南:山东大学,2014.

[6] 曾淦宁,吴勇,柳慧敏,等.铜藻基载铁活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附特性研究[J].环境科学学报,2016,36(5):1655-1662.

[7] 国家质量技术监督局.GB/T 12496.8—1999木质活性炭试验方法碘吸附值的测定[S].北京:中国标准出版社,2000.

[8] OLIVEIRA L C A,PEREIRA E,GUIMARAES I R,et al.Preparation of activated carbons from coffee husks utilizing FeCl3 and ZnCl2 as activating agents[J].Journal of Hazardous Materials,2009,165(1):87-94.

[9] 张会平,叶李艺,杨立春.氯化锌活化法制备木质活性炭研究[J].材料科学与工艺,2006,14(1):42-45.

1.4.2 给药方法 治疗组口服小儿化食口服液，对照组口服小儿化食口服液模拟剂。1～3岁（含），5 mL/次，2次/d；3～7岁（含），10 mL/次，2次/d；7～14岁（含），10 mL/次，3次/d。疗程1周。开始用药时间为自然排便或助排后第1 d开始用药。试验期间，不改变平时饮食习惯。

阅卷过程中，年长的教师一般会觉得显示界面太小。对此，智学网阅卷界面设置调节试题字体大小的功能。教师可选择全屏阅读，也可将界面缩放至合适的大小。

当CR小于0.1的时候，认为判断矩阵具有满意的一致性，需要调整判断矩阵，调整判断矩阵至令人满意的一致性。