【摘要】：煤化工作為實現(xiàn)煤炭從單一燃料向燃料與原料并重轉(zhuǎn)變的新方式,近年來在我國得到快速發(fā)展。焦化產(chǎn)業(yè)作為煤化工的重要部分,對鋼鐵及其下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。焦化產(chǎn)業(yè)的高污染性不僅限制其健康發(fā)展,并對人們生活環(huán)境造成了不利影響,焦化廢水表現(xiàn)尤為突出。吸附法是一種應(yīng)用廣泛的焦化廢水處理方法,目前應(yīng)用的吸附劑有活性炭、樹脂、粉煤灰等,但存在著吸附劑成本高、吸附效果差、易造成二次污染等弊端,限制了吸附法的推廣應(yīng)用。因此,尋求一種新型綠色高效的廉價吸附劑顯得十分必要。焦粉(Coking Powder,CP)是一種新型多孔的煤基材料,是煉焦煤隔絕空氣高溫?zé)峤夂笤诟墒较ń构に囍挟a(chǎn)生的細(xì)粒產(chǎn)物。本文以焦化廢水中的氮雜環(huán)類(NHCs)污染物中的吡啶、喹啉、吲哚為吸附對象,探討CP對NHCs的吸附機(jī)理。利用不同改性處理方法制備出不同性質(zhì)焦粉,并表征改性對焦粉表面形貌及物理化學(xué)性質(zhì)的影響,重點(diǎn)闡釋了焦粉對NHCs的吸附等溫線、吸附速率控制過程及熱力學(xué)自發(fā)性。得到主要結(jié)論有:(1)焦粉主要由石墨結(jié)構(gòu)組成,同時還鑲嵌有C-C、C=O、C-O、π-π*等官能團(tuán)形成中孔結(jié)構(gòu),微孔容量僅占總孔容的10%左右。原焦粉比表面積為25.36m2/g,經(jīng)過不同改性后焦粉比表面積提高了16.84%-28.08%。HNO_3會溶解焦粉中部分Ca、Mg礦物質(zhì),因此改性后焦粉表面較光滑,同時HNO_3強(qiáng)氧化性會增加焦粉表面C-O官能團(tuán)。H2SO4改性后焦粉與HNO_3改性類似,但含氧官能團(tuán)含量不如HNO_3。NaOH與焦粉中的鋁硅酸鹽發(fā)生反應(yīng)并析出礦物質(zhì),溶解-再析出過程造成較酸處理更為可觀的比表面積和豐富的物質(zhì)組成。微波處理使焦粉中的部分含氧有機(jī)質(zhì)分解,使其具有更加豐富的孔隙和更強(qiáng)的石墨結(jié)構(gòu)。(2)焦粉對NHCs的吸附行為均能夠用Freundlich模型進(jìn)行描述,但焦粉吸附吡啶Langmuir模型擬合度最高。焦粉吸附吡啶是以表層吸附為主,而喹啉和吲哚吸附行為存在表層為主的多層吸附。焦粉對NHCs有較好的吸附效果,其對吡啶、喹啉、吲哚的最大吸附容量分別達(dá)到15.56 mg/g、9.26 mg/g、15.28 mg/g。四種相互作用機(jī)理分析表明,疏水作用力可能對焦粉吸附NHCs貢獻(xiàn)較大,但也存在著范德華力、靜電相互作用和π-πEDA相互作用。焦粉對NHCs的吸附物理吸附與化學(xué)吸附同時存在,每個作用貢獻(xiàn)大小還需要進(jìn)一步研究。(3)Lagergren一階動力學(xué)模型、Lagergren二階動力學(xué)模型、Weber-Morris孔擴(kuò)散模型中Lagergren二階動力學(xué)模型能夠很好的描述NHCs在焦粉上的吸附行為。焦粉吸附NHCs行為主要面擴(kuò)散和孔內(nèi)擴(kuò)散共同決定,兩者中表面擴(kuò)散為主導(dǎo)作用。NHCs在焦粉上的吸附速率較快,第一階段(吸附前1 min)為表面擴(kuò)散階段,焦粉對NHCs吸附量可達(dá)到平衡吸附量的72-94%;第二階段(1-10 min)為孔內(nèi)擴(kuò)散階段,焦粉對NHCs吸附量為平衡吸附量的4-17%。(4)五種焦粉中CP-MW具有最佳的吸附效果。升溫有助于吡啶在焦粉上獲得更大的吸附量,而降溫有助于焦粉對喹啉和吲哚的吸附。焦粉吸附吡啶、喹啉、吲哚的平均活化能分別為12.55 kJ/mol、22.51 kJ/mol、12.52 kJ/mol,NHCs在焦粉表面吸附較易進(jìn)行,且以物理吸附為主。焦粉對吡啶、喹啉、吲哚的△G0基本是正值,焦粉對NHCs的吸附過程是熱力學(xué)非自發(fā)的。焦粉吸附吡啶是吸熱反應(yīng),是熱力學(xué)混亂程度增加的過程;吲哚與喹啉在焦粉上的吸附熱力學(xué)行為則相反,屬于是放熱反應(yīng),屬于熱力學(xué)混亂程度減少的過程。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X784;TQ424
【圖文】：

曾經(jīng)等采用Al(NO3)3溶液對粉煤灰進(jìn)行浸泡，發(fā)現(xiàn)改性后對銅（Ⅱ）具有較強(qiáng)的吸附性能。徐國想等[68]在水熱合成法、堿融法粉煤灰沸石合成工藝對比中發(fā)現(xiàn)，堿融法合成的沸石對Cr6+去除效果優(yōu)于水熱合成法，前者對Cr6+去除率可達(dá)90%以上。圖 2-1 開放孔與封閉孔隨變質(zhì)程度變化關(guān)系（1）封閉孔（2）開放孔Figure 2-1 Relationship between open pore andclosed pore with Volatile content圖 2-2 煤粉粒徑與平均孔徑關(guān)系Hs、Js 為不同煤樣Figure 2-2 Relationship between particle sizeand average pore size

曾經(jīng)等采用Al(NO3)3溶液對粉煤灰進(jìn)行浸泡，發(fā)現(xiàn)改性后對銅（Ⅱ）具有較強(qiáng)的吸附性能。徐國想等[68]在水熱合成法、堿融法粉煤灰沸石合成工藝對比中發(fā)現(xiàn)，堿融法合成的沸石對Cr6+去除效果優(yōu)于水熱合成法，前者對Cr6+去除率可達(dá)90%以上。圖 2-1 開放孔與封閉孔隨變質(zhì)程度變化關(guān)系（1）封閉孔（2）開放孔Figure 2-1 Relationship between open pore andclosed pore with Volatile content圖 2-2 煤粉粒徑與平均孔徑關(guān)系Hs、Js 為不同煤樣Figure 2-2 Relationship between particle sizeand average pore size

過總孔容量的60%[69]（如圖2-1所示）�；罨筛纳破浔砻婊鶊F(tuán)或孔隙度如熱處理、化學(xué)處理[70-73]（堿金屬、過氧化氫氧化或其他藥劑），從而提高煤粉的吸附能力。目前的主要方法有研磨、酸處理、微波處理等。煤粉經(jīng)過研磨后，其內(nèi)部的封閉

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2793251