焦粉吸附材料制备及其在污水处理中应用研究

发布时间：2020-06-18 22:34

【摘要】：各种水处理技术中仍以吸附法最实用,其核心是吸附剂性能优劣,利用工农业含炭固体废弃物来制备常用水处理剂——活性炭类吸附剂是近年环境治理材料的研究热点。煤炭炼焦废弃物——焦粉含炭量高,可作为活性炭制备原材料,但在实际工业中,大部分作为废弃物丢弃。论文以贵州省盘州某焦化厂炼焦废弃物-煤焦粉为原料,通过对其活化及复合改性来制备污水处理吸附材料,研究其在含重金属Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)及含磷污水处理中应用实验,探讨吸附过程动力学和热力学理论;进一步将M-CP与高分子聚乙烯醇混合成型制备水处理复合材料(M-CP/PVA);并通过添加少量污泥来制备焦粉/污泥复合水处理复合吸附材料(M-CP/SS)。论文实验研究主要内容及结果如下:1.焦粉活化吸附材料制备实验。对比酸(磷酸)、碱(氢氧化钾)两种活化法,确定碱法为适宜活化工艺;通过正交实验优化工艺,最佳制备工艺条件为:原料质量:活化剂溶液(氢氧化钾溶液浓度为14mol/L)体积为1:4、活化温度为800℃、活化时间为120min,获得M-CP的亚甲基蓝吸附值达128.82mg/g。采用IR、SEM及TG/DTG等手段分析M-CP的组成、结构,结果显示M-CP表面出现-OH基团,有明显层状孔结构,粗糙度增加,表面积增大,碱活化降低了原焦粉的热稳定性。2.M-CP在模拟污水处理中应用实验。实验条件下,污染离子去除率随投加量和处理时间的增加而上升,Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的去除效果受pH值影响较大,最适pH值分别为2和8,而磷的去除率受pH值影响小;对于25ml初始浓度为100mg/L的Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)模拟污水及50mg/L的含磷模拟污水,分别投加0.1g、0.2g和0.35g,pH值分别为2、8和4,分别在30℃处理140min、160min和80min(MCP在设定条件下的最佳处理条件),去除率分别达99.71%、98.59%和75.26%。初步对M-CP吸附过程进行了动力学和热力学理论探讨,发现在设定实验条件下,M-CP对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)及磷的吸附过程与准二级动力学模型吻合较佳,相关系数均达0.99以上;M-CP对Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的等温吸附过程与Langmuir等温线拟合较好,R~2高于0.996,过程吸热。用盐酸溶液对达到吸附平衡的M-CP进行解吸实验,Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)和磷的解吸率分别为53.9%、79.6%及77.8%;将解吸后M-CP再次用于污水处理,对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)及磷去除率分别为48.9%、75.1%以及62.1%。3.M-CP/SS复合材料制备及其水处理应用实验。将10%的污泥(质量比)添加在焦粉中,按前M-CP确定适宜工艺制备M-CP/SS。通过IR、TG/DTG对比分析,M-CP/SS表面含氧官能团增多。M-CP/SS处理污水的实验中,对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)各污染离子的去除率有微小提升;当初始浓度为100mg/L的含Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)及50mg/L的含磷模拟污水,分别投加0.1g、0.2g和0.35g,pH值分别为3、8和5,分别在30℃处理140min,160min和120min,去除率分别为99.75%,99.49%,75.68%。动力学理论分析显示,准二级动力学模型能更好的拟合M-CP/SS对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)以及磷的吸附过程,R~2均达0.97以上;热力学分析可知,Langmuir等温吸附方程能更好的描述M-CP/SS对Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的处理,R~2达0.99,M-CP/SS对Cd(Ⅱ)的吸附过程为吸热过程。用盐酸溶液对达到吸附平衡的M-CP/SS进行解吸实验,其对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)和磷的解吸率分别为57.04%、81.6%以及75.1%,解吸后的M-CP/SS对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)以及磷去除率分别为53.9%、78.01%以及49.8%。4.M-CP/PVA复合材料制备及其水处理性能实验。将M-CP与聚乙烯醇混合成型,得到长约1.3cm、直径约3mm的条状固体复合材料,其亚甲基蓝吸附值为108.3mg/g,比M-CP下降了14.74%。用M-CP/PVA处理对含Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)及磷模拟污水,去除效果都有一定程度的下降。盐酸溶液对吸附后的M-CP/PVA进行解吸,其对Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)以及磷的解吸率分别为48.14%、69.07%以及62.9%,比M-CP的解吸率分别降低了10.69%、13.23%和19.15%。M-CP/PVA稳定性实验表明,该复合材料在pH值为1~13、温度在10~50℃及浸泡1~9周条件下均能保持稳定。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;TQ424
【图文】：

223[61-62]。尤其是在污水处理方面，具有良好的发展前景，但粉煤灰粒度很随水漂浮而影响使用效果，而成型粉煤灰将粉状的物料制成型体材料，善其使用效果。2.焦粉焦粉有煤焦粉和石油焦粉两类。其中石油焦粉是石油焦的一种，原料焦长会产生硬度较大的石油焦，这样导致其在焦塔的出口处难以切割。同化温度过低时，会产生出挥发分较高的生焦。原料焦化时间短，同时脱的操作不当会产生直径小于 1mm 的粉焦即焦粉[63-64]。而煤焦粉主要是馏过程产生的副产物，产生过程的大概流程为：原煤在隔绝空气或者惰条件，对其不断加热到较高的温度时，将会发生一系列的物理和化学变烃、CO、CO2以及芳香化合物挥发出去，炉底产生的焦炭经过破碎产小于 5mm 的副产物（焦粉），煤焦化流程简图如图 1 所示[65-66]：

论文研究技术路线图

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 云玉攀;杨鑫;李子富;周晓琴;白晓凤;高瑞玲;王雪梅;;催化还原法深度处理污水中硝态氮的研究[J];中国环境科学;2015年11期

2 吕豪豪;刘玉学;杨生茂;;生物质炭化技术及其在农林废弃物资源化利用中的应用[J];浙江农业科学;2015年01期

3 周鑫江;王根;胡伟武;冯传平;张宝刚;陈男;;电化学氧化处理废水中的2,4,6-三硝基-1,3,5-苯三酚[J];工业水处理;2014年10期

4 张纯;张伟;汪彩文;;磷酸活化-微波热解改性污泥对镉的吸附性能[J];环境工程学报;2014年08期

5 李辉;吴晓芙;蒋龙波;梁婕;李昌珠;袁兴中;肖智华;郭晶晶;;城市污泥焚烧工艺研究进展[J];环境工程;2014年06期

6 宋磊;张彬;陈家元;冯利;;废茶活性炭的制备及其孔径结构的控制[J];化工进展;2014年06期

7 刘耀兴;吴晓云;廖再毅;陈建军;;电化学方法去除水溶液中重金属离子[J];环境工程;2014年03期

8 张辉;胡勤海;吴祖成;潘慧云;;城市污泥能源化利用研究进展[J];化工进展;2013年05期

9 雒和明;杨鹏;赵霞;张建强;;焦粉活性炭/Al-Ni(OH)_2复合电极材料的制备及其超级容器性能[J];应用化学;2013年01期

10 鲁雪梅;熊鹰;张广之;;树脂在重金属水处理中的应用[J];北京大学学报(自然科学版);2012年06期

本文编号：2719928