活性炭是一種優(yōu)異的吸附材料,在與民眾息息相關(guān)的包括化工、醫(yī)療、環(huán)保等方面得到了廣泛的運用,特別是在污水處理方面的作用更是舉足輕重。使用后的活性炭如作為固廢進(jìn)行處理,在對環(huán)境造成污染的同時,也會造成資源浪費。因此,對活性炭進(jìn)行二次乃至多次使用具有重要的現(xiàn)實意義。目前對活性炭進(jìn)行再生的方法使用較多的為火生法,火生法雖然會增加活性炭的再生效率,但炭基質(zhì)損失嚴(yán)重,能耗也高,因此尋找一種低溫高效、操作性強的再生技術(shù)成為活性炭再生領(lǐng)域急需解決的問題。本文采用電化學(xué)陽極氧化法對吸附飽和的活性炭進(jìn)行再生,有望為活性炭的再生工藝開辟新途徑。以柱狀活性炭為研究對象,2,4-二硝基甲苯為吸附質(zhì),進(jìn)行活性炭電化學(xué)再生實驗研究,研究內(nèi)容主要有以下幾個方面:活性炭吸附性能研究,其中包括吸附等溫線、吸附動力學(xué)曲線以及吸附性能參數(shù)的計算;電化學(xué)再生效率研究,包括再生效率的影響因素:電解質(zhì)濃度、電流密度、再生時間、pH值等的測定分析;電化學(xué)再生過程中微觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律研究,包括元素分析、微觀形貌和能譜分析、比表面積和孔徑分析、X射線衍射分析、紅外光譜分析、熱重分析;活性炭再生過程阻抗譜研究,將活性炭微觀特性與電化學(xué)特性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。主要結(jié)論如下:(1)準(zhǔn)二級動力學(xué)模型能夠很好的擬合2,4-二硝基甲苯在活性炭上吸附動力學(xué)過程;活性炭的吸附等溫線符合Freundlich模型;熱力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果表明該吸附反應(yīng)是一個自發(fā)的吸熱過程;該過程以物理吸附為主,同時受顆粒外部擴散和顆粒內(nèi)擴散過程控制,顆粒外部擴散為吸附過程的主控步驟。(2)在綜合考慮再生效果和降低能耗兩方面的要求下,活性碳的電化學(xué)再生的最佳條件下:電流密度為20mA/cm~2,pH值為5,電解質(zhì)溶液為15g/L的NaCl溶液,再生時間為2h,再生率可達(dá)到100%。(3)活性炭微觀結(jié)構(gòu)分析表明,活性炭電化學(xué)再生后各類孔型在數(shù)量上有少許的增加,平均孔徑略有增大,同時比表面積由原來的484.132m~2/g增大到572.289m~2/g;活性炭石墨微晶混亂度減小,晶型向好的方向變化,石墨微晶尺度、微晶片層的有序度和片層直徑變大,活性炭石墨化程度提高;再生后活性炭表面含氧基團(tuán)的數(shù)量都有所增加;熱重分析可知電解過程使吸附在活性炭上的吸附質(zhì)解吸,實現(xiàn)了活性炭的再生。(4)再生后活性炭的阻抗譜圓弧半徑變大。
【學(xué)位單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ424.1
【部分圖文】：

圖 1-1 電化學(xué)再生裝置圖Fig. 1-1 Electrochemical regeneration device diagram本研究將活性炭顆粒與陽極直接接觸，利用活性炭的導(dǎo)電性使每個小炭粒都變成一個小陽極，陽極面積擴大，整個電極稱為擴展陽極[38]，進(jìn)行電化學(xué)再生實驗。電化學(xué)氧化脫附：以 NaCl 為電解質(zhì)，發(fā)生如下反應(yīng)：1）在陽極上析出氧氣和氯氣22C l 2e Cl （1-1）224O H 4e 2HO O （1-2）2）在陰極上有 OH-生成 2H O 2e H 2OH22（1-3）

圖 1-2 活性炭電化學(xué)再生機理Fig. 1-2 Mechanisms electrochemical regeneration of activated carbon2. 分解吸附質(zhì)。雖然解吸附過程本身被認(rèn)為是一種再生過程，但它也有利于被吸附污染物被氧化成無毒產(chǎn)品，或完全礦化并從系統(tǒng)中除去；這樣可以避免對所得滲濾液的二次處理。在廢棄活性炭的電化學(xué)處理過程中，氧化和分解反應(yīng)可能通過下列三種途徑之一發(fā)生：i）陽極表面和污染物之間的直接電子轉(zhuǎn)移，ii）通過陽極表面附近的薄層內(nèi)生成的羥基自由基間接氧化，和 iii）通過被生成氧化物質(zhì)和過氧化氫間接氧化。3. 電凝法。電凝聚過程可以與電解池內(nèi)發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)同時進(jìn)行，并且也有助于去除污染物。在這種情況下，在電化學(xué)處理過程中使用并犧牲易氧化的陽極材料，例如鐵，鋼和鋁。隨著操作時間的增加，金屬以二價和三價金屬離子的形式溶于大體積溶液中，與水快速反應(yīng)形成金屬氫氧化物，如 Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3。這些氫氧化物在處理過程中不斷產(chǎn)生，使疏水和顆粒污染物在水相中凝結(jié)，從而使污染物與溶液分離。

技術(shù)路線圖

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本文編號：2808995