铁盐浸渍强化污泥活性炭-甲醇热质传递特性

针对以市政污泥为核心的炭素前驱体开展原位铁盐浸渍磁修饰,通过响应曲面试验设计优化并制备了新型原位浸渍炭IM-WNC;以成品炭的后浸渍磁修饰炭PM-WNC为参比,考察了原位浸渍与后浸渍磁修饰过程对污泥活性炭-甲醇工质对的吸附/解吸速率、吸附等温线、吸附床传热性能、制冷量及制冷功率等方面的影响。结果表明:与后浸渍过程相比,原位铁盐浸渍有利于保持污泥炭总孔容积(0.6608cm³/g)及比表面积(1122m²/g)水平,能显著提升致密化污泥炭IM-WNC的导热系数(600kg/m³,4.586W/(m·K))、甲醇Sokoda&Suzuki平衡吸附量((528.74±15.86)mg/g)和Langmuir最大吸附量((673.99±13.52)mg/g)。升温脱附与冷却吸附循环体系内,IM-WNC致密化吸附床中心温度峰谷差值可达到69.07℃。当循环时间为76min,解吸温度为100℃时,IM-WNC吸附制冷床的制冷量和制冷功率分别达到501.43kJ/kg和799.06kJ/(kg·h),较PM-WNC分别提升了15.61%和18.69%。     

污泥基活性炭的制备、表征及其应用

以城市生活污水厂脱水车间污泥为原料,采用化学活化法(ZnCl2为活化剂)在活化剂浓度为45%、活化温度为600℃、浸渍温度为45℃、活化时间为50min条件下制备污泥基活性炭。对污泥基活性炭进行了孔结构、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、XRD等表征分析。结果表明:该条件下制备出的污泥基活性炭碘吸附值为427.51mg/g,比表面积为329.48m2/g,大孔、中孔、微孔容积分别为0.19,0.12,0.15cm3/g。平均孔径为3.953nm。将其应用于生活污水处理,考察了污泥基活性炭投加量、pH、吸附时间对其吸附性能的影响。     

污泥基活性炭-甲醇工质对吸附/解吸特性

将市政生物污泥资源转化与吸附制冷能效提升相交叉融合,通过炭素前驱体进行复配、KOH催化炭化及磷酸催化活化相结合的压块炭改进工艺对污泥基活性炭的孔结构进行原位调控,制备了4种新型污泥基活性炭（WNC-4/3/2/1）;对比研究了以污泥炭和甲醇制冷剂为工质对的吸附制冷床的吸附/脱附循环、制冷量及制冷功率变化特性.结果表明： KOH和磷酸浸渍过程可分别促进微孔及中孔结构的发育,WNC-4的总孔、微孔及中孔容积分别达到0.6960,0.1641和0.5319cm³/g.比表面积与孔结构容积水平的同步提升与甲醇制冷剂吸附/脱附量呈良好的相关性（R²>0.90）.基于Langmuir吸附等温模型（R²=0.9939）计算的最大吸附量Q_L^*达到（552.67±23.83）mg/g;基于Sokoda-Suzuki方程计算的40min内的平衡吸附量和脱附量分别为（372.94±9.504）和（412.55±8.309）mg/g.脱附温度为100℃时,WNC-4吸附制冷系统的稳定脱附量、制冷量和制冷功率分别达到（328.81±10.74）mg/g,（300.34±9.81）kJ/kg和（600.68±19.62）kJ/（kg·h）.     

原位载铁中孔活性炭吸附As和天然有机物效能

采用配煤、原位浸渍和两步活化法制备了4种原位载铁活性炭（FGL1/2/3/4）,并以空白炭C-GL为基础的表面铁浸渍后改性炭（Fe-GL-2/3/4）为对照,研究了原位载铁炭对水中As和腐植酸（HA）的同步吸附效能.结果表明,炭化料原位载铁促进了比表面积（S_BET）和中孔结构的发育.其中,原位载铁炭FCL4（载铁量6.51%）在45Å~480Å的范围内的中孔容积（V_mes）比C-GL增加了0.1146cm³/g;而后改性载铁则造成S_BET和V_mes的显著降低.原位载铁同时促进了表面碱度的增加,保证了中性条件下更好的As离子吸附能力;FCL4对As（Ⅲ）和As（V）的Langmuir最大吸附量（L-Q_max）分别达到2.566和2.825mg/g.原位载铁炭进一步发育的中孔结构促进了对HA（<10mg DOC/L）的吸附效能,FGL4对HA的Langmuir最大吸附量（Q_HA）达到46.25mg DOC/g.As-HA共存体系内FGL4对各组分的吸附容量有所降低,但As（Ⅲ）和As（V）的吸附容量仍达到2.325和2.675mg/g.     

基于孔结构调控强化BEAC工艺生物降解效能

为进一步提升生物增强活性炭工艺（BEAC）中炭表面的功能菌载持量及生物降解活性,通过CO₂接触氧化与深度活化相结合的压块炭制备改进工艺对煤质净水炭的孔结构进行调控.结果表明：基于改进工艺制备的XHIT型炭的中孔容积（0.7041cm³/g）及中孔容积率（63.95%）显著提高,其表面复合功能菌初始固定化生物量达到9.13mmol/g（以P计）,增殖速率为2.123mmol/（g·d）（以P计）.深度活化产生的高含氧量（9.96%）显著降低了XHIT型炭表面吸附作用对水中溶解氧亲和度（（0.42±0.07）mg DO/L）,功能菌生物降解对水中溶解氧的利用效率达到91.17%.基于XHIT型炭构建的BEAC工艺（通水倍数为39.50m³/kg）对松花江水源水中的微量有机污染物（COD_Mn）的平均去除率达到（70.65±15.22）%,有机污染物累积去除量达到94655.50mg COD_Mn/kg炭.