污泥-秸秆基活性炭的制备及其对渗滤液COD的吸附

以市政污泥与玉米秸秆为原料,采用化学活化法热解制备污泥-秸秆基活性炭,研究其物化性质、热解动力学特性及对渗滤液中COD的吸附性能。考察吸附剂投加量、吸附时间和溶液p H对COD去除率的影响,并用吸附等温线对吸附数据进行了拟合。结果表明,秸秆比例越高,活性炭的吸附碘值和BET比表面积越大,最大可达663 mg/g和902 m2/g;活性炭表面呈不规则的多孔状;秸秆比例为45%的活性炭在最佳实验条件下对COD的吸附去除率为82%;活性炭对COD的吸附符合Langmuir和Freundlich等温模型。     

污泥秸秆活性炭深度处理垃圾渗滤液的研究

采用活性污泥和玉米秸秆热解制备的活性炭作为吸附剂,研究其对垃圾渗滤液中有机物(以COD表征)的吸附效果及主要影响因素。结果表明,混合原料中秸秆比例为45%(质量分数)烧制的活性炭(SAC3)对渗滤液中COD的去除效果已相当好,选用SAC3进行吸附实验较为经济合理,其最佳吸附条件为用量0.4g、吸附时间40min、溶液pH 4;Langmuir模型能更好地拟合渗滤液中COD在活性炭上的吸附等温线,整个吸附行为倾向于单分子层吸附;气质联用(GC/MS)分析结果表明,制备的活性炭对渗滤液中带有支链的烷烃有很好的去除效果,但对一些毒性很大的有机物如二丁基羟基甲苯、邻苯二甲酸二丁酯、4-三氟甲基吡啶-3-甲酰胺肟等的吸附效果并不明显。     

含油污泥与玉米秸秆共热解协同特性

利用热重-傅里叶变换红外分析仪(TG-FTIR)对含油污泥与玉米秸秆共热解特性进行了研究,分析了各温度段的协同效应。TG分析表明,共热解主要呈现3个阶段:挥发分的析出(210～520℃)、碳酸盐的分解(600～780℃)、长链难分解重质油的热裂解和半焦的气化(900～1100℃),且在不同热解阶段呈现出不同的协同效应。热解动力学分析表明,含油污泥与玉米秸秆共热解后,第1阶段的活化能有所增高,而第2、3阶段的活化能大幅降低。FTIR分析表明,第1、2阶段,共热解与单一物料热解的产物种类基本一致,而在第3阶段,共热解使含油污泥热解产物甲基化合物发生分解和转化。含油污泥与玉米秸秆共热解可促进CO_2、CO、CH_4和C=O化合物的析出,其中添加玉米秸秆质量分数为10%时,对CO_2、CO和CH_4析出的促进作用最强,添加30%时则对C=O化合物的析出更为有利。     

药用虎杖剩余物的化学组成与热解特性

为了探索药用虎杖加工剩余物资源的合理化利用途径,以药用虎杖的秸秆、根和药渣为研究对象,利用热重分析法(TGA)研究了三者的热解特性及其动力学规律,利用Py-GC-MS技术研究了秸秆、根和药渣在快速裂解条件下的产物分布及热裂解机理。结果表明:虎杖秸秆、根和药渣的热解过程主要分为干燥、主失重和炭化3个阶段;采用Coats-Redfern法对三者的热解动力学进行了分析,获得了虎杖秸秆、根和药渣的热解动力学机理函数,热解动力学机理分别为三维扩散Jander机理、2级化学反应机理和二维扩散Valensi机理,其热解活化能分别为113.87、64.49和28.16 kJ·mol~(-1)。快速热裂解产物表明,中药加工剩余物在热裂解制备乙酸、糠醛及酚类化合物等精细化学品方面具有一定的开发前景。     

一次性废竹筷制备活性炭及热解过程分析

以一次性废竹筷为原料,K2CO_3为活化剂,通过炭化和活化2步制备活性炭。采用全自动比表面和孔径分布分析仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射分析仪(XRD)对样品的孔隙性质、表面官能团和晶相变化进行了表征,并研究了活性炭对亚甲基蓝的吸附等温线。利用热重分析(TGA)对活性炭的制备过程进行了研究,并用Coats-Redfern法确定了热解反应活化能和反应模型。结果表明,活性炭的比表面积为1 262 m~2·g-1,总孔体积为0.624 cm~3·g-1。K2CO_3活化可导致热解炭的脂肪烃侧链断裂,并发生脱氢缩聚,其石墨微晶的轴向(100)堆积被破坏,径向(002)芳香环网状结构则更为有序。活性炭对亚甲基蓝的吸附过程符合Langmuir模型,最大吸附量为336 mg·g-1。废竹筷的2个主要热解阶段符合一维扩散模型和二级反应模型,其热解反应活化能分别为76.23和104.24 k J·mol-1;活化过程中残存木质素的热解可由一维扩散模型描述,K2CO_3浸渍使其热解反应活化能降低了44.28 k J·mol-1。     

响应面法优化甘蔗渣-污泥复合活性炭的制备工艺

为了提高污泥活性炭的吸附性能以提升其实际应用价值,提出在污泥中掺杂甘蔗渣制备复合活性炭,并采用Plackett-Burman联用响应面法对影响复合活性炭碘值的条件进行筛选优化。通过Plackett-Burman实验筛选出热解温度、热解时间和甘蔗渣与污泥干重比为主要影响因素,对这3个因素进行Box-Behnken实验,经响应面优化得到影响碘值的二次响应曲面模型,模型显示热解温度与热解时间、热解温度与干重比的交互作用显著,并确定了最佳制备条件:热解温度550℃、热解时间30 min和干重比50%,此时复合活性炭碘值为814 mg/g,优于未优化条件下制备的复合活性炭。通过比表面积、孔结构和碘值的测定以及元素和扫描电镜分析得出,甘蔗渣的掺杂提高了复合活性炭的比表面积、微孔体积、碘值及含碳量。研究结果表明,甘蔗渣掺杂和制备条件优化是提高污泥活性炭吸附性能的有效手段。     

稻草活性炭的成型及其对H_2S的吸附性能

为了开发出农业生物质废弃物合理利用的新途径,使粉末状活性炭产品利于实际运用中的运输,本文以生物质废弃物—稻草为原料,使用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂制备出粉末状稻草活性炭(AC)并将其成型。探究了粘结剂浓度、AC/PVB的质量比和成型压力等对材料的强度以及吸附H_2S性能的影响,并利用SEM、FT-IR和XRD分析了活性炭的结构。研究发现:当成型压力为15 MPa、粘结剂浓度为4%、粘结剂与炭的质量比为1∶1时,成型活性炭对H_2S的吸附性能最好,吸附时间可达70 min,强度可以达到15 N·cm~(-2);结构分析显示制备出的成型稻草活性炭,具有规则排列的孔洞,PVB的加入对炭的表面官能团未产生明显的影响,但加入量过大则会使活性炭的孔堵塞,影响H_2S的吸附。     

铝塑包装废物热解过程能量平衡分析

热解是实现铝塑包装废物中有机物和金属铝分离的有效方法。利用外热式固定床反应系统对其进行热解实验,研究热解时物质与能量流向的变化趋势。结果表明:(1)铝塑包装废物最佳热解温度为723～773 K;(2)热解产生的可回收能量远大于反应所需能量,可以实现热解系统的自供热;(3)铝塑包装废物热解的净能源回收效率为62%～63%。     

污泥连续式微波热解制备生物气

采用升温迅速的微波能作为热源,利用自主设计微波设备对含水率为82%(m/m)的湿污泥进行高温热解实验。采用单因素实验法,探究热解终温、停留时间、活性炭添加量对污泥热解生物气组分和含量的影响规律,确定连续式运行的最佳工况条件:热解终温900℃,停留时间50 min,活性炭添加比例为30%,热解功率1 600 W;在此基础上进行连续12h微波高温热解实验,共热解污泥56 kg,产生生物气32.26 kg,热解油10.98 kg,固体残渣12.66 kg,产气转化率高达57.8%,生物气组分H_2+CO含量高达67%,热解产物具有良好的工业利用价值。污泥热解生物气中H2S浓度超标10倍以上,而NH_3浓度未超标,硫化氢的去除技术研究值得关注。     

餐厨垃圾中典型组分的裂解液化特征研究

利用实验室规模的实验装置管式加热炉进行餐厨垃圾热解实验,实验分析了反应温度对餐厨垃圾热解产物分布的影响,米饭、白菜、猪肉、塑料和纸5种原料在最佳温度下可实现热解油质量产率的最大化,分别为45.02%、24.55%、61.19%、73.77%和24.86%。其中,米饭和白菜热解油含水率较高,可达到30%~40%,将含水率降到15%后,测定热值分别为25.51 MJ/kg和17.75 MJ/kg。塑料和纸混合热解时,塑料热解过程的放热效应可缩小纸的热解温度区间,增加热解油产量。红外光谱分析厨余热解油包含多种含氧有机物。通过气质联用仪(GC-MS)分析塑料热解油和塑料与纸混合热解油在180℃以下蒸馏出的液相产物,主要组分为烷烃和烯烃,从成分和热值分析,与汽油、柴油相近。     

白土-秸秆基活性炭的制备及对垃圾渗滤液COD的吸附

以活性白土与玉米秸秆为原材料,KOH为活化剂,高温热解制备白土-秸秆基活性炭,研究其物化性质及其对填埋场渗滤液中COD的吸附能力。考察活性炭投加量、吸附时间和溶液pH对COD去除率的影响,并用吸附等温线对吸附数据进行拟合。结果表明,适量的活化剂可以提高活性炭的碘吸附值和BET表面积,碱料比为0.4时,二者达到最大值,分别为342.9 mg·g-1、420.34 m~2·g-1;最佳活性炭表面呈不规则的多孔状,以中孔为主,最佳实验条件下对COD的去除率可达84%;活性炭对COD的吸附符合Langmuir和Freundlich等温模型。     

响应面法优化磷酸改性秸秆生物炭的制备

以秸秆为原料,磷酸为活化剂制备改性生物炭,利用基于Box-Behnken中心组合的响应面法对生物炭制备条件进行优化。根据响应面分析,热解温度、保留时间和磷酸质量分数对生物炭的吸附性能有显著影响,浸渍比影响不显著;保留时间与浸渍比、磷酸质量分数与浸渍比的交互作用对生物炭吸附能力也有显著影响。根据响应面法获得生物炭制备的最优条件为:热解温度884.32℃、保留时间82.61min、磷酸质量浓度40.74%、浸渍比1.74,此时生物炭最大碘吸附预测值为1 099mg/g,与验证实验实测结果(1 063mg/g)仅相差3.28%,表明响应面回归模型预测结果可靠。响应面法优化后制得的生物炭具有更高比表面积与总孔容,因此具有更高的吸附性能。     

几种污水处理材料对COD和Cr(Ⅵ)的去除比较研究

研究了活性炭、硅藻土、高岭土和改性玉米秸秆几种常见污水处理材料对污水中有机物(COD)和Cr(Ⅵ)的吸附效果,发现活性炭吸附污水中有机物的效果最好,经活性炭吸附的污水的COD去除率达88.8%。同时,活性炭对Cr(Ⅵ)也有很强的吸附能力。硅藻土和高岭土对有机物的吸附效果较差,对Cr(Ⅵ)具有较好的吸附效果。改性玉米秸秆对Cr(Ⅵ)表现出很强的吸附能力,在低浓度Cr(Ⅵ)的吸附实验中,可以达到比活性炭更高的吸附量,开发应用潜力巨大。     

生物炭固定化解磷菌对Pb2+的吸附特性

以小麦秸秆和活性污泥为原料,在3种温度下热解制备生物炭,使用傅立叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对其结构和性能进行表征,探究了以不同生物炭为载体,以解磷菌为固定化菌株制备的固定化微生物对Pb~(2+)的吸附能力,同时研究了吸附时间和热解温度对固定化微生物吸附Pb~(2+)的影响。结果表明:小麦秸秆生物炭较活性污泥生物炭的表面官能团更为丰富,且小麦秸秆生物炭的芳香化程度随热解温度升高而增加;随着热解温度的升高,小麦秸秆生物炭的微孔逐渐发展,孔壁变薄,孔隙结构更为发达;以700℃热解的小麦秸秆生物炭为载体制备的固定化微生物(IBWS700)对Pb~(2+)的吸附量最高,对Pb~(2+)的吸附量可达89.39mg/g;IBWS700对Pb~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学方程;IBWS700对Pb~(2+)的吸附可以用Langmuir模型较好地拟合。     

改性稻草秸秆活性炭的制备及其对SO_2的吸附

以稻草秸秆为原料,在N2氛围中制备活性炭。利用TG/DTG、Boehm滴定、BET比表面积测试、活性炭的工业分析对秸秆在200、300、400、500℃下制备的活性炭形态及其表面化学性质进行了表征。分别比较了原生秸秆、炭化秸秆、乙二胺基秸秆、乙二胺基炭化秸秆用于脱除SO_2气体的吸附效果。结果表明:活性炭的炭化得率是随着温度升高而不断下降;随着炭化温度升高,活性炭的pH值、灰分也随之增加,挥发分含量则不断下降,活性炭表面的酸性官能团减少、碱性官能团增多;乙二胺基炭化秸秆的脱硫效果明显,饱和硫容达到了176.4 mg·g-1。通过研究得出将改性稻草秸秆活性炭应用于烟气脱硫是可行的。     

不干胶废弃物热重分析

为了探索不干胶类包装废弃物的热解特性,采用热重分析手段分析了不同升温速率条件下不干胶类废弃物的失重特点,并且采用Ozawa法和KAS法比较分析不同转化率条件下的表观活化能分布.热重分析结果表明,不干胶类废弃物的热解主要分为3个阶段:第1阶段(室温～ 200℃)为不干胶类废弃物的干燥阶段,第2阶段(200 ～ 590℃)为热解的主要阶段,第3阶段(590 ～800℃)为热解半焦的深度热解阶段.升温速率对热解失重率有重要影响,Ozawa法和KAS法计算结果表明,2种方法计算的热解活化能比较接近,Ozawa法得到的活化能为349.9 kJ/mol,KAS法得到的活化能为336.9kJ/mol;并且不干胶类废弃物的热解表观活化能呈现出阶段性分布.     

成型秸秆炭吸附剂对水中Cd~(2+)的去除特性

以水稻秸秆为原料,制取对Cd~(2+)去除效果最佳的成型生物炭吸附剂。采取限氧升温方法,分析不同热解温度和不同热解时间的成型炭对Cd~(2+)去除规律和特性。研究结果表明:热解温度不变,热解时间90 min去除率最大;热解时间不变,热解温度550℃时去除率最大;去除速率分快、慢两阶段,快阶段2 h内去除率最低达到76.83%,慢阶段10 h去除率仅20%左右;该成型炭对Cd~(2+)吸附规律可用准二级动力模型进行拟合,拟合度R_(max)~2=0.987 2,该成型炭对Cd~(2+)吸附不是单层吸附过程,而存在大量的阳离子交换量,化学反应较强烈。     

废弃植物中药渣的热解特性及动力学研究

采用热重分析法(TGA)对丹参中药渣的热解特性及其动力学规律进行了研究。分析了不同升温速率(10、30和50℃/min)和不同粒径(0.85~0.6、0.3~0.18和0.125~0.1 mm)药渣的热解特性。结果表明,药渣热解可分为3个阶段:预热干燥阶段、主热解阶段和碳化阶段,随升温速率的升高,热重(TG)和微分热重(DTG)曲线向高温侧移动,药渣的最大失重速率也显著增加;与大颗粒相比较小颗粒的挥发分产量较大。采用Coats-Redfern法和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法对药渣热解的动力学进行分析,选出了较为合理的机理函数,并计算得出药渣热解活化能为62~72 kJ/mol。     

粉末活性炭对水溶液中邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的吸附

采用静态吸附法研究了邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)在粉末活性炭上的吸附性能,探讨了粉末活性炭对DEHP的吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学特征。结果表明,粉末活性炭对DEHP吸附等温线符合Langmuir吸附等温式;分别采用拟一级反应、拟二级反应和颗粒内扩散反应模型对吸附动力学过程进行了拟合,实验数据遵循颗粒内扩散模型;在20、30、40和50℃下,对应的吉布斯自由能(ΔG0)分別为-2.014、-1.441、-0.868和-0.296 kJ/mol,表明该反应自发进行;焓变(ΔH0)<0,证实该反应为放热反应;熵变(ΔS0)<0,说明该吸附反应是熵值减小的过程;吸附活化能Ea=7.234 kJ/mol和粘附概率S*=0.036分别介于5～40 kJ/mol和0～1范围内,表明该吸附过程主要为物理吸附;活性炭吸附前后红外谱图分析,也验证物理吸附为PAC吸附DEHP之主要机制。     

常压制备秸秆活性炭对水溶液中磷元素的吸附

开发了非真空制备秸秆活性炭的新方法,以稻草秸秆为原料,醋酸钙和氯化锌为活化剂,经热处理,一步合成改性秸秆活性炭。XRD图谱显示,产物为碳酸钙改性活性炭;SEM和TEM的表征结果显示,该活性炭具有微米-纳米多维孔结构,碳酸钙颗粒均匀分布在活性炭的表面和基体中;BET比表面积实验测得不同浓度碳酸钙改性活性炭的比表面积在324~846 m2/g之间。含磷水溶液吸附实验表明,当改性活性炭中碳酸钙含量为1.5%时,活性炭具有最大吸附速率1.76 L/mg;碳酸钙含量为2.0%时,活性炭具有最大吸附容量3.21 mg/g。改性活性炭对磷元素的吸附过程符合Langmuir模型,说明改性活性炭对磷的吸附为单分子层吸附。