本文關(guān)鍵詞：污泥生物炭水熱制備及其對(duì)染料脫色研究　出處：《東華大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：吸附法和高級(jí)氧化法是處理染料廢水常用方法。但傳統(tǒng)的吸附工藝以活性炭作為吸附劑,成本較高,且飽和后活性炭需要高溫再生。常用的高級(jí)氧化工藝Fenton法,會(huì)產(chǎn)生大量鐵泥廢棄物,且Fe~(3+)影響出水色度。針對(duì)上述問題,本論文選用城市污泥固體廢棄物作為原料,采用水熱法將過渡金屬Co和Fe負(fù)載在污泥生物炭上,污泥生物炭/鈷吸附材料和污泥生物炭/鈷/鐵類芬頓催化材料。采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外、熱重分析等多種表征手段對(duì)材料進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析,同時(shí)選用剛果紅作為染料廢水檢驗(yàn)材料的吸附和催化降解性能。通過研究,本論文得到以下結(jié)論:以單獨(dú)污泥作為原料,采用水熱法制備污泥生物炭。通過單因素實(shí)驗(yàn),分別考察水熱溫度、水熱時(shí)間、水熱pH和固體污泥填充質(zhì)量四個(gè)因素對(duì)污泥生物炭處理剛果紅染料廢水的影響,得出最優(yōu)的水熱條件為:水熱溫度:180℃;水熱時(shí)間:3 h;水熱pH:9;固體污泥填充質(zhì)量:1 g。通過表征分析發(fā)現(xiàn)污泥經(jīng)水熱法處理后,有機(jī)質(zhì)發(fā)生碳化,產(chǎn)生多孔的結(jié)構(gòu),提高了材料的比表面積,且熱穩(wěn)定性提高,表面含氧官能團(tuán)減少導(dǎo)致親水性減弱。為進(jìn)一步提高污泥生物炭的吸附性能,本研究在制備污泥生物炭的過程中摻雜過渡金屬鈷元素,當(dāng)鈷摻雜量達(dá)到8 g/L時(shí),摻鈷材料的比表面積從污泥生物炭的42.651 m2/g提高到71.579 m2/g,對(duì)剛果紅的去除率從42.8%提高到97.3%。同時(shí)研究吸附溫度、pH、染料配水溶劑等對(duì)剛果紅去除的影響。研究結(jié)果表明,材料對(duì)于剛果紅的吸附屬于放熱反應(yīng),溫度的升高會(huì)降低去除率,所以選擇最優(yōu)的吸附溫度為25℃;酸性環(huán)境對(duì)去除率影響較小,但是當(dāng)pH調(diào)節(jié)為堿性時(shí),去除率降低,分析原因是OH~-與剛果紅染料競(jìng)爭(zhēng)吸附劑表面的活性位點(diǎn);選用自來水模擬實(shí)際水體,會(huì)導(dǎo)致去除率降低,但去除率僅降低4.38%,分析主要原因是自來水中雜質(zhì)占據(jù)活性吸附位點(diǎn)。探究吸附材料對(duì)與剛果紅的去除機(jī)理,材料對(duì)于剛果紅的吸附遵循二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,說明該吸附屬于化學(xué)吸附;材料對(duì)于剛果紅的吸附等溫線更符合Langmuir型等溫吸附,說明該吸附過程屬于單分子層吸附�；谝陨涎芯�,制備污泥生物炭/鈷/鐵類芬頓催化材料,用于處理高濃度剛果紅染料廢水。通過單因素實(shí)驗(yàn),探究鐵離子摻雜量、材料投加量、雙氧水投加量、溶液pH對(duì)降解率的影響。摻雜4 mmol Fe~(3+)的復(fù)合材料的最優(yōu)反應(yīng)條件為:材料的投加量為1 g/L,雙氧水的投加量為0.75 m L/L,反應(yīng)體系的pH為3,此時(shí)剛果紅的脫色率可達(dá)100%。SEM表征發(fā)現(xiàn),Fe~(3+)的加入使得復(fù)合材料出現(xiàn)了直徑為300nm的炭微球,炭微球結(jié)構(gòu)均一。VSM表征分析發(fā)現(xiàn),復(fù)合材料的飽和磁強(qiáng)度較單獨(dú)加入鈷材料有所提高,飽和磁強(qiáng)度為17.749 emu/g,這與XRD分析中Fe_3O_4的生成研究結(jié)果一致。說明Fe~(3+)的加入,有利于材料從溶液中的分離。XPS表征分析得知復(fù)合材料的主要元素組成為C、Fe、Co、O,這也證明了在水熱反應(yīng)條件下,污泥生物炭、鈷元素、鐵元素很好的結(jié)合到了一起,形成了結(jié)構(gòu)優(yōu)良的復(fù)合材料。研究復(fù)合材料對(duì)剛果紅的去除機(jī)理,表明復(fù)合材料與H_2O_2構(gòu)成類Fenton體系,產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化作用的?OH,復(fù)合材料對(duì)剛果紅的去除是吸附與高級(jí)氧化協(xié)同作用的結(jié)果。
[Abstract]:Adsorption and advanced oxidation treatment of dye wastewater is commonly used method. But the traditional adsorption process using activated carbon as adsorbent, high cost, and the saturated activated carbon needs high temperature regeneration. Advanced oxidation processes commonly used Fenton method, will produce a lot of waste iron mud, and Fe~ (3+) to solve the above problems affect the water chroma. In this paper, city sludge solid waste as raw materials by hydrothermal method, the transition metal Co and Fe load in the sludge biological carbon, biological carbon / cobalt sludge adsorption materials and sludge biological carbon / cobalt / iron Fenton catalytic material. By using X ray diffraction, scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis a variety of characterization methods of material microstructure is analyzed, at the same time using Congo red as the adsorption and catalytic degradation performance test material of dye wastewater. Through the research, this paper gets the following conclusions: to separate the sludge for As raw materials, preparation of bio carbon sludge by hydrothermal method. Through single factor experiment, respectively. The effect of hydrothermal temperature, hydrothermal time, hydrothermal pH and solid sludge filling quality four factors of Congo red dye wastewater treatment sludge biochar, the hydrothermal conditions for optimal hydrothermal temperature: 180 degrees time: 3 h; hydrothermal; hydrothermal pH:9; solid sludge filling quality: 1 g. analysis showed that the treated sludge characterized by hydrothermal method, organic matter carbonation, produce porous structure, increase the surface area of the material, and improve the thermal stability, surface oxygen groups reduced hydrophilicity decreased. In order to further improve the adsorption performance of sludge biochar, transition metal doped cobalt process of the preparation of biological carbon sludge in the system, when the cobalt content reached 8 g/L, Co doped material specific surface area increased from 42.651 M2 /g sludge biochar to 71.579 m2/g, The Congo red removal rate increased from 42.8% to 97.3%. and pH, adsorption temperature, influence of dyes solvent on the removal of Congo red. The results show that the material for the adsorption of Congo red is an exothermic reaction, high temperature will reduce the removal rate, so the choice of the optimal adsorption temperature is 25 DEG C; acidic environment little effect on the removal rate, but when the pH control is basic, the removal rate is reduced, cause analysis is the active site of OH~- and Congo red dye competition on the surface of adsorbent; use tap water to simulate the actual water, will lead to the removal rate decreased, but the removal rate decreased by 4.38%, the main reason is the analysis of impurities in tap water occupy active adsorption sites to explore the mechanism of the removal. Adsorption materials and materials for adsorption of Congo red, Congo red follows two order kinetic model, indicating that the adsorption belongs to chemical adsorption; materials for adsorption of Congo red Temperature is more in line with the Langmuir isotherm, the adsorption process belongs to monolayer adsorption. Based on the above research, the preparation of bio carbon / cobalt iron sludge / Fenton like catalytic material, for the treatment of high concentration of Congo red dye wastewater. Through single factor experiment, explore the iron ion doping amount, material dosage, dosage of hydrogen peroxide plus, the effect of pH on the degradation rate. The doping of 4 mmol Fe~ (3+) optimal reaction conditions of composite materials is: material dosage is 1 g/L, the dosage of hydrogen peroxide is 0.75 m L/L, pH of the reaction system was 3, the rate of decolorization of Congo red 100%.SEM characterization Fe~, (3+) adding composite diameter carbon microspheres 300nm, carbon microspheres uniform structure characterization of.VSM analysis showed that the composite strength is adding saturated magnetic cobalt material increased, saturation magnetization of 17.749 emu/g, and the Fe_3O_4 in XRD analysis Generation of research results. The results showed that Fe~ (3+) to join, has separated from the characterization of.XPS solution in the analysis that the main elements of composite materials composed of C, Fe, Co, O for the material, it also proves that under hydrothermal condition, biochar, cobalt iron sludge, with very good together, forming a composite structure. The excellent removal mechanism of composite materials of Congo red, show that the composite materials composed of H_2O_2 with Fenton system, which has a strong oxidation? OH composite materials on the removal of Congo red adsorption and advanced oxidation synergistic results.

【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X788

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本文編號(hào)：1378296