【摘要】：隨著我國(guó)污水處理廠(chǎng)數(shù)量的增加和污水排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格,水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥也越來(lái)越多,因此,污泥的資源化利用成為了社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì),可以作為原材料制備出吸附性能優(yōu)異的活性炭,不僅為污泥的處理處置提供了新出路,同時(shí)也減輕了傳統(tǒng)活性炭制備行業(yè)對(duì)不可再生能源的依賴(lài),符合可持續(xù)發(fā)展的要求,兼具環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。本研究以木薯污泥為原材料,選擇氯化鋅作為活化劑,根據(jù)化學(xué)活化法制備得到木薯污泥活性炭。通過(guò)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)確定木薯污泥活性炭的最佳制備工藝參數(shù),并借助多種表征手段分析最優(yōu)條件下制備的木薯污泥活性炭的理化性質(zhì)。以污泥活性炭為吸附劑,Cr(Ⅵ)為吸附質(zhì),從單因素影響、響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)、吸附動(dòng)力學(xué)、吸附平衡、熱力學(xué)計(jì)算以及活性炭再生試驗(yàn)等方面,系統(tǒng)全面的研究了污泥活性炭吸附去除水中Cr(Ⅵ)的特性與機(jī)理。通過(guò)木薯污泥活性炭與其他活性炭的對(duì)比分析和成本計(jì)算初步探討其產(chǎn)業(yè)化前景。正交試驗(yàn)結(jié)果表明,木薯污泥活性炭的最優(yōu)制備工藝條件為:污泥粒度20-50目、氯化鋅濃度20%、活化時(shí)間12h、碳化溫度500℃、碳化時(shí)間60min,制得木薯污泥活性炭的碘值為577.10mg/g。極差分析表明各因素對(duì)制備的影響程度順序?yàn)?污泥粒度碳化溫度氯化鋅濃度活化時(shí)間碳化時(shí)間。表征分析結(jié)果表明木薯污泥活性炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),孔徑類(lèi)似平行壁的狹縫狀,比表面積509.03 m~2/g,平均孔徑29.5?,屬于中孔活性炭;FT-IR光譜分析發(fā)現(xiàn)木薯污泥活性炭的表面主要含有羧基、羥基、內(nèi)酯基等官能團(tuán);Boehm滴定和Zeta電位表明木薯污泥活性炭表面呈酸性,零電荷點(diǎn)pHzpc為4.8;物相分析表明木薯污泥活性炭屬于無(wú)定型碳。木薯污泥活性炭浸出液檢測(cè)中,7種易引發(fā)二次污染的重金屬含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限定的允許值。木薯污泥活性炭對(duì)水中Cr(Ⅵ)的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,初始Cr(Ⅵ)濃度、溶液pH值、活性炭用量、溶液溫度、吸附時(shí)間均對(duì)水中Cr(Ⅵ)的去除有著不同程度的影響,其中溫度的影響程度較小。響應(yīng)曲面試驗(yàn)結(jié)果表明,Cr(Ⅵ)去除的最優(yōu)工藝參數(shù)為:Cr(Ⅵ)濃度為4.02mg/L,活性炭用量為1.47g/L,吸附時(shí)間為42.34min,溶液p H為4.44,此時(shí)木薯污泥活性炭對(duì)Cr(Ⅵ)的預(yù)測(cè)去除率為98.64%。影響程度分析結(jié)果表明各因素對(duì)Cr(Ⅵ)去除影響程度順序?yàn)?pH活性炭用量初始Cr(Ⅵ)濃度吸附時(shí)間�？煽啃苑治鼋Y(jié)果表明,Cr(Ⅵ)濃度與活性炭用量、吸附時(shí)間與活性炭用量之間存在的交互性,對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附去除有顯著影響。Elovich模型能很好地描述不同初始濃度和溫度條件下木薯污泥活性炭對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程,液膜擴(kuò)散是限制Cr(Ⅵ)吸附反應(yīng)速率的主要步驟,通過(guò)計(jì)算活化能表明了木薯污泥活性炭對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附過(guò)程以物理吸附為主。Freundlich模型可以較好地描述不同溫度下木薯污泥活性炭對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附平衡規(guī)律,吸附勢(shì)隨著初始Cr(Ⅵ)濃度增加而減小。通過(guò)吸附熱力學(xué)參數(shù)的計(jì)算發(fā)現(xiàn)木薯污泥活性炭對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附去除過(guò)程是熱力學(xué)自發(fā)的吸熱反應(yīng),升高溫度有助于反應(yīng)的進(jìn)行。吸附機(jī)理分析結(jié)果表明,Cr(Ⅵ)在木薯污泥活性炭上的吸附主要為物理吸附、靜電引力和離子交換反應(yīng)。木薯污泥活性炭的再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,HCl再生液濃度為0.5mol/L時(shí),對(duì)于吸附后的木薯污泥活性炭具有很好的再生效果,污泥活性炭可以重復(fù)利用,但重復(fù)使用次數(shù)有所限制,再生8次之后,對(duì)Cr(Ⅵ)的去除率由81.52%降到53.63%。與其他活性炭相比,木薯污泥活性炭吸附容量較高,在Cr(Ⅵ)濃度為10mg/L,pH=2的條件下,對(duì)Cr(Ⅵ)的最大吸附量達(dá)到9.84mg/g。成本計(jì)算表明以生產(chǎn)一噸為例,木薯污泥活性炭初步生產(chǎn)成本約為2380元/噸。
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X703
【圖文】：

圖 3.3 最佳工藝下制備的木薯污泥活性炭木薯污泥活性炭的表征1 成分及元素分析不同粒徑的木薯污泥及最佳條件下制備的木薯污泥活性炭的成分和元素表 3.2 所示。表 3.2 污泥與活性炭的成分及元素分析方法 內(nèi)容（%） 污泥20-50污泥50-100污泥100-200污泥200污泥活分析水分 7.4 5.83 7.9 8.85 2.3灰分 29.36 39.18 42.15 38.78 42.5揮發(fā)質(zhì) 51.57 46.11 39.20 43.76 20.2固定碳 11.67 8.88 10.75 8.61 35C 34.54 30.22 27.3 25.99 43.4

圖 3.6 木薯污泥的掃描電鏡圖圖 3.7 木薯污泥活性炭的掃描電鏡圖從圖中可以看出，通過(guò) ZnCl2活化法將木薯污泥制備成污泥活性炭后，其表面形態(tài)發(fā)生了巨大變化。圖 3.6 中的木薯污泥結(jié)構(gòu)緊實(shí)，高倍鏡下污泥表面各有

圖 3.7 木薯污泥活性炭的掃描電鏡圖從圖中可以看出，通過(guò) ZnCl2活化法將木薯污泥制備成污泥活性炭后，其表面形態(tài)發(fā)生了巨大變化。圖 3.6 中的木薯污泥結(jié)構(gòu)緊實(shí)，高倍鏡下污泥表面各有光滑和粗糙的部分，且分布不均，顆粒物分散在表面，基本上沒(méi)有孔隙結(jié)構(gòu)的存在。從圖 3.7 中可以看出，與木薯污泥相比，污泥活性炭結(jié)構(gòu)顯得質(zhì)地疏松，碳表面布滿(mǎn)豐富的不規(guī)則多孔結(jié)構(gòu)，孔隙的尺寸和形狀各不相同，少量顆粒物沉積在碳骨架表面，可能是未洗脫的 ZnCl2和揮發(fā)不完全的殘留產(chǎn)物。3.4.4 傅里葉紅外光譜分析污泥活性炭的吸附性能不僅取決于污泥的種類(lèi)，其表面官能團(tuán)通過(guò)影響活性炭的酸堿性和吸附選擇性，對(duì)于目標(biāo)污染物的去除發(fā)揮著重要的作用。通過(guò)傅里葉紅外光譜測(cè)定木薯污泥和木薯污泥活性炭的表面官能團(tuán)，如圖 3.8 所示。木薯

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃海藝;張華;閉建紅;羅柳丹;;巴旦木殼活性炭的制備及其對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附研究[J];水處理技術(shù);2015年12期

2 張冬;董岳;黃瑛;張棟;姚一思;;國(guó)內(nèi)外污泥處理處置技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J];環(huán)境工程;2015年S1期

3 Sivaraju Sugashini;Kadhar Mohamed Meera Sheriffa Begum;;炭化米糠經(jīng)臭氧活化制備活性炭及其去除Cr(Ⅵ)離子（英文）[J];新型炭材料;2015年03期

4 何瑩;舒威;廖筱鋒;尤太陽(yáng);廖利;;污泥-秸稈基活性炭的制備及其對(duì)滲濾液COD的吸附[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2015年04期

5 衛(wèi)新來(lái);俞志敏;吳克;王小丹;王文奎;;KOH活化制備脫水污泥活性炭[J];應(yīng)用化工;2015年03期

6 李鑫;王廣智;李偉光;王萍;宿程遠(yuǎn);;Adsorption of acid and basic dyes by sludge-based activated carbon:Isotherm and kinetic studies[J];Journal of Central South University;2015年01期

7 陳建發(fā);陳藝敏;林常青;劉福權(quán);;微波法制備工業(yè)污泥含碳吸附劑及其除鉻性能[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2014年10期

8 廖小深;魏俊富;趙孔銀;王曉磊;;聚砜中空纖維納濾膜在Cr(VI)去除中的應(yīng)用[J];天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年03期

9 包漢峰;楊維薇;張立秋;封莉;;污泥基活性炭去除水中重金屬離子效能與動(dòng)力學(xué)研究[J];中國(guó)環(huán)境科學(xué);2013年01期

10 郭楠;田義文;;中國(guó)環(huán)境公益訴訟的實(shí)踐障礙及完善措施——從云南曲靖市鉻污染事件談起[J];環(huán)境污染與防治;2013年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 朱云華;MIEX樹(shù)脂去除水源中沒(méi)食子酸的特性與機(jī)理研究[D];安徽工業(yè)大學(xué);2016年

2 吳豪;城市污泥/松樹(shù)鋸末活性炭的制備及對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附研究[D];華中科技大學(xué);2016年

3 張艷娟;物理法竹質(zhì)活性炭制備及凈化含鉻廢水的應(yīng)用[D];湘潭大學(xué);2015年

4 王猛;遼寧錦州工業(yè)鉻污染對(duì)居民健康的影響研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2015年

5 羅剛;磁性離子交換樹(shù)脂去除水中六價(jià)鉻的特性與機(jī)理研究[D];安徽工業(yè)大學(xué);2014年

6 李剛;污泥基活性炭制備條件的優(yōu)化及其對(duì)Pb~(2+)的吸附效能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

7 蘇欣;污泥活性炭的制備及對(duì)甲苯吸附性能的研究[D];西安建筑科技大學(xué);2012年

8 李園園;絲瓜絡(luò)活性炭的制備及其除鉻性能研究[D];集美大學(xué);2012年

9 柯玉娟;污泥活性炭的制備、表征及其對(duì)Cr（Ⅵ）、Cu（Ⅱ）的吸附研究[D];東華大學(xué);2009年

10 尹炳奎;污泥活性炭吸附劑材料的制備及其在廢水處理中的應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2792128