焦粉吸附材料制備及其在污水處理中應用研究

發(fā)布時間：2020-06-18 22:34

【摘要】：各種水處理技術(shù)中仍以吸附法最實用,其核心是吸附劑性能優(yōu)劣,利用工農(nóng)業(yè)含炭固體廢棄物來制備常用水處理劑——活性炭類吸附劑是近年環(huán)境治理材料的研究熱點。煤炭煉焦廢棄物——焦粉含炭量高,可作為活性炭制備原材料,但在實際工業(yè)中,大部分作為廢棄物丟棄。論文以貴州省盤州某焦化廠煉焦廢棄物-煤焦粉為原料,通過對其活化及復合改性來制備污水處理吸附材料,研究其在含重金屬Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)及含磷污水處理中應用實驗,探討吸附過程動力學和熱力學理論;進一步將M-CP與高分子聚乙烯醇混合成型制備水處理復合材料(M-CP/PVA);并通過添加少量污泥來制備焦粉/污泥復合水處理復合吸附材料(M-CP/SS)。論文實驗研究主要內(nèi)容及結(jié)果如下:1.焦粉活化吸附材料制備實驗。對比酸(磷酸)、堿(氫氧化鉀)兩種活化法,確定堿法為適宜活化工藝;通過正交實驗優(yōu)化工藝,最佳制備工藝條件為:原料質(zhì)量:活化劑溶液(氫氧化鉀溶液濃度為14mol/L)體積為1:4、活化溫度為800℃、活化時間為120min,獲得M-CP的亞甲基藍吸附值達128.82mg/g。采用IR、SEM及TG/DTG等手段分析M-CP的組成、結(jié)構(gòu),結(jié)果顯示M-CP表面出現(xiàn)-OH基團,有明顯層狀孔結(jié)構(gòu),粗糙度增加,表面積增大,堿活化降低了原焦粉的熱穩(wěn)定性。2.M-CP在模擬污水處理中應用實驗。實驗條件下,污染離子去除率隨投加量和處理時間的增加而上升,Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的去除效果受pH值影響較大,最適pH值分別為2和8,而磷的去除率受pH值影響小;對于25ml初始濃度為100mg/L的Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)模擬污水及50mg/L的含磷模擬污水,分別投加0.1g、0.2g和0.35g,pH值分別為2、8和4,分別在30℃處理140min、160min和80min(MCP在設定條件下的最佳處理條件),去除率分別達99.71%、98.59%和75.26%。初步對M-CP吸附過程進行了動力學和熱力學理論探討,發(fā)現(xiàn)在設定實驗條件下,M-CP對Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)及磷的吸附過程與準二級動力學模型吻合較佳,相關(guān)系數(shù)均達0.99以上;M-CP對Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的等溫吸附過程與Langmuir等溫線擬合較好,R~2高于0.996,過程吸熱。用鹽酸溶液對達到吸附平衡的M-CP進行解吸實驗,Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)和磷的解吸率分別為53.9%、79.6%及77.8%;將解吸后M-CP再次用于污水處理,對Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)及磷去除率分別為48.9%、75.1%以及62.1%。3.M-CP/SS復合材料制備及其水處理應用實驗。將10%的污泥(質(zhì)量比)添加在焦粉中,按前M-CP確定適宜工藝制備M-CP/SS。通過IR、TG/DTG對比分析,M-CP/SS表面含氧官能團增多。M-CP/SS處理污水的實驗中,對Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)各污染離子的去除率有微小提升;當初始濃度為100mg/L的含Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)及50mg/L的含磷模擬污水,分別投加0.1g、0.2g和0.35g,pH值分別為3、8和5,分別在30℃處理140min,160min和120min,去除率分別為99.75%,99.49%,75.68%。動力學理論分析顯示,準二級動力學模型能更好的擬合M-CP/SS對Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)以及磷的吸附過程,R~2均達0.97以上;熱力學分析可知,Langmuir等溫吸附方程能更好的描述M-CP/SS對Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的處理,R~2達0.99,M-CP/SS對Cd(Ⅱ)的吸附過程為吸熱過程。用鹽酸溶液對達到吸附平衡的M-CP/SS進行解吸實驗,其對Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)和磷的解吸率分別為57.04%、81.6%以及75.1%,解吸后的M-CP/SS對Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)以及磷去除率分別為53.9%、78.01%以及49.8%。4.M-CP/PVA復合材料制備及其水處理性能實驗。將M-CP與聚乙烯醇混合成型,得到長約1.3cm、直徑約3mm的條狀固體復合材料,其亞甲基藍吸附值為108.3mg/g,比M-CP下降了14.74%。用M-CP/PVA處理對含Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)及磷模擬污水,去除效果都有一定程度的下降。鹽酸溶液對吸附后的M-CP/PVA進行解吸,其對Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)以及磷的解吸率分別為48.14%、69.07%以及62.9%,比M-CP的解吸率分別降低了10.69%、13.23%和19.15%。M-CP/PVA穩(wěn)定性實驗表明,該復合材料在pH值為1~13、溫度在10~50℃及浸泡1~9周條件下均能保持穩(wěn)定。
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703;TQ424
【圖文】：

煤干餾,焦粉,石油焦

223[61-62]。尤其是在污水處理方面，具有良好的發(fā)展前景，但粉煤灰粒度很隨水漂浮而影響使用效果，而成型粉煤灰將粉狀的物料制成型體材料，善其使用效果。2.焦粉焦粉有煤焦粉和石油焦粉兩類。其中石油焦粉是石油焦的一種，原料焦長會產(chǎn)生硬度較大的石油焦，這樣導致其在焦塔的出口處難以切割。同化溫度過低時，會產(chǎn)生出揮發(fā)分較高的生焦。原料焦化時間短，同時脫的操作不當會產(chǎn)生直徑小于 1mm 的粉焦即焦粉[63-64]。而煤焦粉主要是餾過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物，產(chǎn)生過程的大概流程為：原煤在隔絕空氣或者惰條件，對其不斷加熱到較高的溫度時，將會發(fā)生一系列的物理和化學變烴、CO、CO2以及芳香化合物揮發(fā)出去，爐底產(chǎn)生的焦炭經(jīng)過破碎產(chǎn)小于 5mm 的副產(chǎn)物（焦粉），煤焦化流程簡圖如圖 1 所示[65-66]：

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