微波法制备泥质活性炭的条件优化

发布时间：2020-05-10 16:24

【摘要】：我国城市污水处理厂污泥逐年增加,2015年我国污泥产量已达到3500万t,并且还在持续增加。传统的污泥处理处置方式如填埋、焚烧、堆肥等对环境容易产生二次污染,已不能满足环保的需求,寻求新的污泥处置方式已经成为急需解决的问题。近些年来有学者在污泥制备活性炭方面做了大量研究,但多数使用的老式热电阻加热,这种方式能耗大、效率低、产率低,而微波热源相比较于传统热源具有能量效率高、加热快、加热均匀、能耗小等优点,能节省大量时间和能源。本课题采用西安某污水处理厂脱水污泥作为材料,以ZnCl_2和K_2CO_3为活化剂,微波为热源,制备了泥质活性炭。利用正交实验验证了ZnCl_2在微波热源和传统热源下,所制得的泥质活性炭性能接近。并通过全因子实验筛选对K_2CO_3作为活化剂制备泥质活性炭时,影响因素的显著性,筛选出主要的因素,用中心复合设计(Central Composite Design,CCD)响应曲面法(Response Surface Methodology,RSM),对主要的因素和其之间的交互作用进行分析,并拟合二次方程,寻找K_2CO_3活化剂制备泥质活性炭的最佳工艺条件。最后,将K_2CO_3活化法所制备的泥质活性炭用于处理模拟苯胺废水和离子液体的吸附,测试其性能。以获得率和碘值为指标,ZnCl_2活化剂制备泥质活性炭经正交试验和单因素实验后,得出最佳条件(微波功率700 W、辐照时间20 min、活化剂浓度3 mol/L、液固比2.5:1),在此条件下,所制备的泥质活性炭的获得率为29.34%,碘值为363.74 mg/g。K_2CO_3活化剂制备泥质活性炭经全因子筛选,使用CCD设计响应曲面分析优化,得出的获得率(H_3)二次方程为_3=78.50-0.1619(3_1-1.860(3_2+13.73(3_3+0.000102(3_1~2+0.04255(3_2~2-2.216(3_3~2+0.0007(3_1(3_2+0.0028;碘值(Z_3)的二次方程为:(5_3=-383.8+2.824(3_1-16.13(3_2-3.318(3_3-0.00227(3_1~2+0.504(3_2~2。求解,得到结果:在参数为微波功率600 W、辐照时间20 min、活化剂浓度3.1010 mol/L时,可得获得率的最大值32.8774%和碘值的最大值362.0617 mg/g。在工艺参数为微波功率600 W、辐照时间20 min、活化剂浓度3.1 mol/L,液固比为2.5:1的情况下,制备K_2CO_3活化泥质活性炭,并测得其获得率和碘值为32.9454%和364.421 mg/g,符合预测。使用K_2CO_3活化剂制备的泥质活性炭处理模拟苯胺废水和离子液体的吸附,来测试其吸附性能,同过对投炭量、吸附时间、pH值、初始浓度四个指标来考察泥质活性炭对苯胺和离子液体的处理效果,结果表明,去除率的最优因素组合是活性炭投加量1 g(即2 g活性炭/mg苯胺),吸附时间180 min,苯胺溶液初始含量10 mg/L,pH值为4,此时去除率达到97.21%;而吸附量的最优因素组合是活性炭投加量0.5 g(即1 g活性炭/mg苯胺),吸附时间180 min,苯胺溶液初始含量10 mg/L,pH值为7,此时吸附量达到0.9663 mg/g。而对离子液体吸附的最佳条件为:[Bmim]CL溶液起始浓度为80 mg/L,pH=6,活性炭的投加量100mg,即25 mg/mg[Bmim]CL,反应时间60 min,这一条件下[Bmim]CL的去除率可达到92.85%。
【图文】：

技术路线

从而达到净化水的目的。但是若废水处理过程产生的污泥处理不当，也会对环境造成污染。因此，污水污泥的处理和处置是废水处理过程中必不可少的重要环节。污水厂污泥是一种含水率很高、而且含有大量有机物和有毒有害物质(包括微生物、有毒有机物和重金属)等的固体废物[62,63]，它容量大、有恶臭、易腐败、不稳定，如不加以安全处理和处置，将会造成严重的二次污染问题。而且污泥中含有大量的有机物和腐殖质等可利用资源[64]。因此，寻找城市污水处理厂污泥处理处置和资源化利用新途径，对解决污水处理厂污泥污染具有非常重要的意义。之前的工作，大多采取了传统热源，但其加热不均匀，且升温速率慢，时间长、能耗大、产率低等因素，制约了泥质活性炭的发展，，本工作采取了微波作为热源，具有加热均匀，升温快、效率高等优点。3.2 污泥经 ZnCl2的活化后的热重分析污泥经 ZnCl2活化后的热重(TG)曲线和其对应的微分热重(DTG)曲线如图 3-1 所示：
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王杰;彭永臻;杨雄;王淑莹;;不同碳源种类对好氧颗粒污泥合成PHA的影响[J];中国环境科学;2015年08期

2 王学魁;赵斌;张爱群;沙作良;;城市污水处理厂污泥处置的现状及研究进展[J];天津科技大学学报;2015年04期

3 盛蒂;朱兰保;丁燕兰;;微波法污泥活性炭的制备技术研究[J];西南民族大学学报(自然科学版);2015年01期

4 唐子君;方平;黄建航;唐志雄;岑超平;;城市剩余污泥制备活性炭吸附剂对Ni~(2+)的吸附研究[J];工业水处理;2014年12期

5 钱觉时;谢从波;谢小莉;陈伟;杨海林;;城市生活污水污泥建材利用现状与研究进展[J];建筑材料学报;2014年05期

6 张娟;张明旭;徐子芳;杨政;;污泥煤矸石复合制备地质聚合物及其性能研究[J];煤炭科学技术;2013年08期

7 黄学敏;苏欣;杨全;;污泥活性炭固定床吸附甲苯[J];环境工程学报;2013年03期

8 曹向禹;;二氧化氯氧化去除水中联苯胺类污染物的试验研究[J];造纸科学与技术;2012年04期

9 吴光前;张鑫;惠慧;万京林;戴阳;严洁;张齐生;;氧等离子体改性竹活性炭对苯胺的吸附特性[J];中国环境科学;2012年07期

10 范晓丹;张襄楷;徐廷献;;壳聚糖改性污泥活性炭的脱硫脱硝性能[J];环境科学学报;2012年07期

相关会议论文 前1条

1 范晓丹;卫佳;张襄楷;张文佳;刘超;;微波-物理法制备污泥活性炭的研究[A];2008中国环境科学学会学术年会优秀论文集（上卷）[C];2008年

相关博士学位论文 前6条

1 刘海;湿地植物基活性炭制备和改性及其对重金属离子的吸附机理研究[D];山东大学;2017年

2 陈阶亮;大型城市污水处理厂污泥热干化和协同焚烧无害化的理论和应用研究[D];浙江大学;2017年

3 赵晓丹;活性炭及其复合物对有机物吸附特性和光催化降解的研究[D];东华大学;2016年

4 黄杨;活性炭分子结构模型的构建及其吸附行为的模拟研究[D];重庆大学;2016年

5 邵瑞华;泥质活性炭的制备及污泥热解动力学研究[D];西安建筑科技大学;2011年

6 翟云波;基于化学活化法的污泥衍生吸附剂的制备及应用基础理论研究[D];湖南大学;2005年

相关硕士学位论文 前7条

1 张玉磊;磁性污泥—花生壳基复合活性炭的制备及其吸附性能研究[D];西南交通大学;2017年

2 赵丰毅;城市污水处理厂污泥处置工艺分析与研究[D];长安大学;2013年

3 李文红;污泥活性炭的制备及其对染料吸附性能的研究[D];山东大学;2012年

4 苏欣;污泥活性炭的制备及对甲苯吸附性能的研究[D];西安建筑科技大学;2012年

5 廖钦洪;稻壳多孔炭吸附材料的制备及其在废水处理中的应用[D];广西师范大学;2010年

6 刘英华;城市污水处理厂污泥制备活性炭的研究[D];南京理工大学;2008年

7 尹炳奎;污泥活性炭吸附剂材料的制备及其在废水处理中的应用[D];上海交通大学;2007年

本文编号：2657574