碳基复合材料用于船舶机舱含油污水处理的研究

发布时间：2020-06-14 20:18

【摘要】：根据日益严格的船舶污油水排放法规和船舶机舱空间有限的特点,结构简单的吸附分离技术适合于船舶机舱含油污水的处理,而研制低成本、吸附容量大的吸附剂是其关键。本文采用一步浸渍化学活化法制备了膨胀石墨/活性炭复合吸附剂,开展了以下方面的工作:(1)KOH活化法制备适用于乳化油吸附的活性炭工艺优化。为提高活性炭对乳化油的静态吸附量,选用酚醛树脂为碳源、KOH为活化剂,采用单因素试验法研究了剂料比(氢氧化钾质量/酚醛树脂质量)、活化温度、活化时间对活性炭吸附乳化油性能的影响,结合正交试验法确定了活性炭的最佳制备工艺为:剂料比4:1、活化温度650℃、活化时间2h,在此工艺条件下制得的活性炭试样平均孔径2.43nm、比表面积1402m~2/g,中孔比率76.4%,对乳化油的最大静态吸附量为71.1mg/g。(2)研究了成型膨胀石墨密度对其机械强度的影响。通过实验,确定了膨胀石墨制备的最佳工艺为:膨化温度为900℃、膨化时间为25s,对应的膨胀体积为248.8mL/g。将制备的松散膨胀石墨进行机械压制成型,对成型膨胀石墨进行机械强度测试,实验结果表明,成型膨胀石墨的质量损失率随着其密度的增加而降低,且当密度达到0.03g/cm~3时,成型膨胀石墨的损失率为7%,成型膨胀石墨机械强度较高。(3)研究了成型膨胀石墨密度、乳化油流率、吸附柱高度对复合吸附剂吸附除油效果的影响。实验结果表明,成型膨胀石墨密度选择0.03g/cm~3,吸附柱的高度选择20mm,制备得到的复合吸附剂对乳化油的处理效果最佳,在0.38mL/s~0.46mL/s流率范围内,经复合吸附剂处理后的污水含油量不超过10ppm。试制复合吸附剂试样与CYSC-0.5船用油水分离器滤芯的乳化油动态吸附试验发现,复合吸附剂和滤芯材料的单位体积处理量分别为0.447L/cm~3和0.275L/cm~3。(4)复合吸附剂的机械强度测试与SEM形貌表征。对成型膨胀石墨和复合吸附剂的抗压缩和抗破碎性能实验发现,活性炭的填充增强了复合吸附剂的抗压缩、抗破碎的机械性能。SEM形貌表征显示,膨胀石墨以大孔、超大孔为主,CYSC-0.5油水分离器的滤芯主要成分是聚丙烯超细纤维;活性炭的注入不影响膨胀石墨的楔形孔结构,却丰富复合吸附剂的孔隙结构,提高了复合吸附剂对乳化油的“捕捉能力”。(5)复合吸附剂对乳化油吸附平衡分析。在实验温度范围293-308K内,复合吸附剂对乳化油的吸附符合Lagergren准二级吸附速率模型,复合吸附剂对乳化油的吸附在15min可达到吸附平衡,平衡吸附量q_e=67.2mg/g。Tempkin吸附等温线模型对复合吸附剂吸附乳化油的拟合度最好,相关系数R~2达到0.9938,对乳化油的饱和吸附量q_m在115.34-170.65mg/g。吸附过程的标准吸附焓变为负值,表明吸附为放热过程,且|△H~0|41kJ/mol,复合吸附剂对乳化油的吸附为物理吸附;吸附过程中标准吉布斯自由能△G~0为负值,表明膨胀石墨/活性炭复合吸附剂对乳化油的吸附为在常温下可以自发进行。
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.92

【参考文献】

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本文编号：2713303