给水厂污泥改性活性炭去除硝酸盐氮的性能研究
发布时间：2021-12-15 19:00
硝酸盐污染对饮用水供应造成严重威胁并导致水体富营养化。在多种硝酸盐的去除方法中,吸附法较为简单、方便。活性炭具有庞大的比表面积和发达的孔隙结构且表面的官能团种类丰富,因此是应用广泛的吸附剂。但活性炭吸附具有无选择性,通过在活性炭表面负载金属改性,可以提高活性炭对硝酸盐的吸附能力。给水厂污泥中含有大量的铁、铝元素,可以利用给水厂污泥中的铁/铝对活性炭进行金属负载改性,以提高其对硝酸盐的吸附能力。本研究利用盐酸溶解给水厂污泥中的铁、铝并对活性炭进行改性,考察改性活性炭对硝酸盐的吸附性能。在制备改性活性炭的过程中,通过条件优化试验,探究改性活性炭的最优改性条件。同时,通过XRF、BET、FTIR和Zeta电位等分析手段探究活性炭改性前后的微观变化,并通过吸附影响因素试验和动力学热力学模型分析改性活性炭对硝酸盐的吸附机理。改性条件优化试验表明,污泥溶液的pH较低时,污泥中的金属离子溶解的效果更好。试验使用400ml的1+9盐酸稀释至1L用以溶解100g给水厂污泥,将酸溶解的水厂污泥溶液静置3d后取上清液作改性溶剂,使用污泥溶液的上清液改性可以减少污泥内杂质对改性效果的影响。制备改性活性炭的最优...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
第3章改性活性炭的制备及条件优化的试验研究17第3章改性活性炭的制备及条件优化的试验研究本章主要对两种改性活性炭（氯化锌改性和水厂污泥改性）的制备方法和优化条件进行分析，对比了原活性炭和改性活性炭对硝酸盐氮的吸附特性，并对改性条件和吸附条件中的影响因素进行分析。3.1不同因素对溶解水厂污泥的影响水厂污泥改性活性炭是以活性炭为原料，负载上从水厂污泥中溶解出的金属离子。在这个过程中，为使污泥中的金属离子充分溶解出来，试验探究了溶液pH、污泥形态等因素的影响，具体试验步骤如2.3.2所述。溶解后的水厂污泥溶液如图3-1所示。(a)(b)(c)图3-1水厂污泥溶液(a)悬浊液(b)上清液(c)沉淀Fig.3-1Sludgesolutionofwatertreatmentresidual(a)Suspension(b)Supernatant(c)precipitation为对比不同处理条件下的溶解水厂污泥的处理效果，溶解污泥后进行活性炭改性试验和吸附硝酸盐氮试验。活性炭改性试验的具体步骤如下：在250mL的具塞锥形瓶中加入固定体积的污泥溶液，然后加入去离子水稀释至100mL，加入2.0g改性活性炭。25℃的条件下，放入恒温水浴振荡器中以120rpm的速度下震荡12h，然后用去离子水冲洗活性炭3-4次，在105℃下烘干4h。吸附硝酸盐氮试验具体步骤如2.3.1所述。在活性炭改性试验中，由于污泥中含有多种金属离子，难以用溶液浓度来表示溶液的成分含量，本试验中均以溶液体积作为变量，用以分析污泥溶液浓度对改性活性炭的影响。试验结果如表3-1所示。为确定两种改性方法对活性炭的改良效果，实验对照组为未改性的原始活性炭吸附硝酸盐氮，具体步骤同2.3.1所述。
这是由于活性炭在负载金属改性的过程中，活性炭表面的酸性含氧官能团上的酸性吸附位点被金属离子占据，酸性含氧官能团的减少导致改性活性炭的pHzpc升高[77]。活性炭表面的酸性含氧官能团主要有羧基、内酯基、酚羟基等，其中羧基的酸性最强，对吸附金属离子发挥重要作用，主要吸附机理为静电引力吸附和酸性基团上H+与金属离子交换吸附[78]。Rios等研究表明[79]，羧基与金属离子通过螯合反应相连接，使金属离子吸附在活性炭表面，螯合反应示意图如图4-8所示，螯合反应方程式如下所示：+M(COOH)(COOH)M+Hnnnn（4-1）图4-8Rios等[79]研究提出的螯合反应示意图Fig.4-8SchematicdiagramofchelationreactionproposedbyRiosetal.
【参考文献】：
期刊论文
[1]活性炭的改性及吸附应用进展[J]. 郑婧,乔俊莲,林志芬. 现代化工. 2019(S1)
[2]探讨地下水污染现状及控制技术研究进展[J]. 马建锋,颜久印. 环境与发展. 2019(05)
[3]不同热处理温度下大豆11S球蛋白Zeta电位、粒径和红外光谱分析[J]. 齐宝坤,赵城彬,江连洲,徐靓,李红,李杨. 食品科学. 2018(24)
[4]pH值、离子强度和共存离子对活性炭吸附Cr（Ⅵ）的影响[J]. 范明霞,赵春玲. 化学工程师. 2017(10)
[5]活性炭表面含氧官能团对TiO2/AC的吸附和光催化活性的影响[J]. 钟永科,周斌,张成江,吴迪. 新型炭材料. 2017(05)
[6]改良雨水生物滞留系统除污效果及基质中磷的形态分布研究[J]. 仇付国,卢超,代一帆,付昆明,王珂. 给水排水. 2017(03)
[7]希尔伯特-黄变换的纳米颗粒Zeta电位分析方法[J]. 鲁梦娣,邱健,余宛真,李萍,韩鹏,骆开庆,彭力. 激光与光电子学进展. 2017(01)
[8]酸碱改性活性炭及其对甲苯吸附的影响[J]. 刘寒冰,杨兵,薛南冬. 环境科学. 2016(09)
[9]活性炭表面官能团的氧化改性及其吸附机理的研究[J]. 杨颖,李磊,孙振亚,杜露. 科学技术与工程. 2012(24)
[10]几种不同处理方法对活性炭表面化学性质的影响[J]. 汪昆平,徐乾前. 环境工程学报. 2012(02)
硕士论文
[1]活性炭改性方法及其对水中氨氮吸附性能的技术研究[D]. 崔笑颖.河北建筑工程学院 2019
[2]改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附作用研究[D]. 郑雯婧.上海海洋大学 2015
[3]给水厂污泥资源化利用研究[D]. 程雪莉.西安建筑科技大学 2014
[4]蛋白质zeta电位与离子交换层析分离的相关性研究[D]. 叶进富.浙江大学 2006
本文编号：3536972
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
第3章改性活性炭的制备及条件优化的试验研究17第3章改性活性炭的制备及条件优化的试验研究本章主要对两种改性活性炭（氯化锌改性和水厂污泥改性）的制备方法和优化条件进行分析，对比了原活性炭和改性活性炭对硝酸盐氮的吸附特性，并对改性条件和吸附条件中的影响因素进行分析。3.1不同因素对溶解水厂污泥的影响水厂污泥改性活性炭是以活性炭为原料，负载上从水厂污泥中溶解出的金属离子。在这个过程中，为使污泥中的金属离子充分溶解出来，试验探究了溶液pH、污泥形态等因素的影响，具体试验步骤如2.3.2所述。溶解后的水厂污泥溶液如图3-1所示。(a)(b)(c)图3-1水厂污泥溶液(a)悬浊液(b)上清液(c)沉淀Fig.3-1Sludgesolutionofwatertreatmentresidual(a)Suspension(b)Supernatant(c)precipitation为对比不同处理条件下的溶解水厂污泥的处理效果，溶解污泥后进行活性炭改性试验和吸附硝酸盐氮试验。活性炭改性试验的具体步骤如下：在250mL的具塞锥形瓶中加入固定体积的污泥溶液，然后加入去离子水稀释至100mL，加入2.0g改性活性炭。25℃的条件下，放入恒温水浴振荡器中以120rpm的速度下震荡12h，然后用去离子水冲洗活性炭3-4次，在105℃下烘干4h。吸附硝酸盐氮试验具体步骤如2.3.1所述。在活性炭改性试验中，由于污泥中含有多种金属离子，难以用溶液浓度来表示溶液的成分含量，本试验中均以溶液体积作为变量，用以分析污泥溶液浓度对改性活性炭的影响。试验结果如表3-1所示。为确定两种改性方法对活性炭的改良效果，实验对照组为未改性的原始活性炭吸附硝酸盐氮，具体步骤同2.3.1所述。
这是由于活性炭在负载金属改性的过程中，活性炭表面的酸性含氧官能团上的酸性吸附位点被金属离子占据，酸性含氧官能团的减少导致改性活性炭的pHzpc升高[77]。活性炭表面的酸性含氧官能团主要有羧基、内酯基、酚羟基等，其中羧基的酸性最强，对吸附金属离子发挥重要作用，主要吸附机理为静电引力吸附和酸性基团上H+与金属离子交换吸附[78]。Rios等研究表明[79]，羧基与金属离子通过螯合反应相连接，使金属离子吸附在活性炭表面，螯合反应示意图如图4-8所示，螯合反应方程式如下所示：+M(COOH)(COOH)M+Hnnnn（4-1）图4-8Rios等[79]研究提出的螯合反应示意图Fig.4-8SchematicdiagramofchelationreactionproposedbyRiosetal.
【参考文献】：
期刊论文
[1]活性炭的改性及吸附应用进展[J]. 郑婧,乔俊莲,林志芬. 现代化工. 2019(S1)
[2]探讨地下水污染现状及控制技术研究进展[J]. 马建锋,颜久印. 环境与发展. 2019(05)
[3]不同热处理温度下大豆11S球蛋白Zeta电位、粒径和红外光谱分析[J]. 齐宝坤,赵城彬,江连洲,徐靓,李红,李杨. 食品科学. 2018(24)
[4]pH值、离子强度和共存离子对活性炭吸附Cr（Ⅵ）的影响[J]. 范明霞,赵春玲. 化学工程师. 2017(10)
[5]活性炭表面含氧官能团对TiO2/AC的吸附和光催化活性的影响[J]. 钟永科,周斌,张成江,吴迪. 新型炭材料. 2017(05)
[6]改良雨水生物滞留系统除污效果及基质中磷的形态分布研究[J]. 仇付国,卢超,代一帆,付昆明,王珂. 给水排水. 2017(03)
[7]希尔伯特-黄变换的纳米颗粒Zeta电位分析方法[J]. 鲁梦娣,邱健,余宛真,李萍,韩鹏,骆开庆,彭力. 激光与光电子学进展. 2017(01)
[8]酸碱改性活性炭及其对甲苯吸附的影响[J]. 刘寒冰,杨兵,薛南冬. 环境科学. 2016(09)
[9]活性炭表面官能团的氧化改性及其吸附机理的研究[J]. 杨颖,李磊,孙振亚,杜露. 科学技术与工程. 2012(24)
[10]几种不同处理方法对活性炭表面化学性质的影响[J]. 汪昆平,徐乾前. 环境工程学报. 2012(02)
硕士论文
[1]活性炭改性方法及其对水中氨氮吸附性能的技术研究[D]. 崔笑颖.河北建筑工程学院 2019
[2]改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附作用研究[D]. 郑雯婧.上海海洋大学 2015
[3]给水厂污泥资源化利用研究[D]. 程雪莉.西安建筑科技大学 2014
[4]蛋白质zeta电位与离子交换层析分离的相关性研究[D]. 叶进富.浙江大学 2006
本文编号：3536972
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