污泥活性炭的制備及其對(duì)染料廢水脫色性能的研究.pdf

1、本論文以城市污水處理廠脫水污泥為原料，采用化學(xué)活化法(ZnCl2作為活化劑)制備污泥活性炭，對(duì)制備工藝條件和機(jī)理進(jìn)行了研究：在對(duì)污泥活性炭結(jié)構(gòu)表征的基礎(chǔ)上，研究了其對(duì)酸性大紅GR、酸性藍(lán)324和活性紅紫X-2R這三種不同性質(zhì)染料的吸附動(dòng)力學(xué)和吸附熱力學(xué)，并對(duì)吸附染料前后的污泥活性炭的表面基團(tuán)的變化進(jìn)行了定性和定量分析，進(jìn)一步明確了吸附作用機(jī)理；設(shè)計(jì)了以污泥活性炭做填料的小型吸附柱，考察污泥活性炭加熱再生前后對(duì)酸性大紅GR染料廢水的動(dòng)態(tài)吸

2、附效果。
　　 以碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值為衡量標(biāo)準(zhǔn)，篩選出制備污泥活性炭的最佳工藝條件為：活化劑濃度為40％、液固比1.5:1、活化溫度500℃、活化時(shí)間25min，制得的污泥活性炭的碘吸附值為633.95mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為15.68mg/g，BET比表面積可達(dá)418.79m2/g，總孔容積約為0.2597cm3/g，具有較開放的孔隙結(jié)構(gòu)，適合吸附染料分子。紅外光譜分析和Boehm酸堿滴定法測(cè)得，污泥活性炭表面含有羥基

3、、不飽和-C=C-鍵或-C=O、飽和烷烴中的-CH-鍵及-C-Cl-等結(jié)構(gòu)，主要含氧基團(tuán)-堿性基團(tuán)、酸性基團(tuán)、酚羥基和羧基的含量依次為：0.5492mmol/g、1.8104mmol/g、1.0161mmol/g和0.2709mmol/g。熱重分析表明，活化劑ZnCl2的作用是脫水縮合，使原料中C得到充分利用。污泥活性炭浸出液檢測(cè)表明，浸出液中Cu、Pb、Cd、As和Ni離子濃度均低于檢測(cè)極限，F(xiàn)e和Cr離子濃度小于0.002mg/g，

4、Zn離子雖然較高，但低于浸出毒性限值，并且，加大清洗力度可使其顯著減小。
　　 污泥活性炭對(duì)三種染料的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明，其對(duì)三種染料均具有很好的吸附能力，通過控制適當(dāng)?shù)奈絼┩都恿?、吸附時(shí)間和pH值，三種模擬染料廢水均可達(dá)到很高的脫色率。吸附性能的優(yōu)劣順序?yàn)椋核嵝源蠹tGR＞酸性藍(lán)324＞活性紅紫X-2R。靜態(tài)吸附容量分別為：43.67mg/L、33.56mg/L和31.35mg/L。偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能很好地描述三種染料在污泥活性

5、炭上的吸附動(dòng)力學(xué)行為，對(duì)于酸性藍(lán)324和活性紅紫X-2R，顆粒內(nèi)擴(kuò)散過程也影響吸附速率。Langmuir等溫方程均比較適宜描述三種染料在污泥活性炭上的吸附行為，污泥活性炭對(duì)三種染料的吸附主要為單分子層吸附，均是一個(gè)吸熱過程(吸附焓ΔH＞0)，提高溫度有利于吸附的進(jìn)行，吸附過程自發(fā)進(jìn)行(吸附自由能ΔG＜0)，伴隨著吸附熵的增加(△S＞0)。在染料吸附過程中，污泥活性炭表面的羧基與染料分子中的基團(tuán)鍵合且羥基等酸性基團(tuán)對(duì)吸附作用貢獻(xiàn)也較大。<

6、br>　　 室溫條件下，用污泥活性炭吸附柱(Φ16×165mm，內(nèi)裝污泥活性炭15g)處理流量為10ml/min的酸性大紅GR模擬染料廢水，在吸附11小時(shí)后達(dá)到其穿透點(diǎn)，對(duì)其采用加熱再生法進(jìn)行兩次再生并在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下用于染料廢水的動(dòng)態(tài)吸附，分別在吸附9.7小時(shí)和8.8小時(shí)后達(dá)到其穿透點(diǎn)，得污泥活性炭再生前后的動(dòng)態(tài)吸附容量分別為40.7mg/L、37.26mg/g和31.24mg/g，再生效果比較好。
　　 研究結(jié)果表明，城