炼油厂和城市污泥基活性炭的制备及性能研究

分别以炼油厂污水污泥和城市污水污泥为原料,以Zn Cl2为活化剂,采用化学活化法制备出2类污泥活性炭,借助DTATG、BET、SEM等手段对其进行表征分析,以吸附碘值考察了2类污泥活性炭的吸附性能。研究结果表明,炼油厂污泥中固定碳的含量大约是城市污泥的2倍,但其灰分含量较城市污泥低约18%。TG分析表明前者的最佳炭化温度为720℃,而后者为680℃。前者的比表面积比后者高约10%。炼油厂污泥炭具有更加明显的分层结构,表面孔分布更加丰富。2类污泥炭的碘吸附值均介于300~400 mg/g之间,而炼油厂污泥炭略高。     

废旧Zn-C电池-活性污泥炭优化制备的研究

以污水处理厂二次污泥为主要原料,掺杂废旧Zn-C电池电极材料制备废旧Zn-C电池-活性污泥炭.同时,采用Plackett-Burman(P-B)和响应面中心复合实验设计(RSM-CCD)对影响污泥炭吸附性能的7个操作条件进行筛选和优化.P-B实验结果与统计学分析表明,掺杂比、炭化温度和炭化时间是影响吸附性能的3个关键因素.以碘吸附值为响应目标,对3个主要因素进行响应面法优化分析确定碘吸附模型,并得到最优操作条件为:掺杂比10%、炭化温度350℃和炭化时间20 min,此条件下制备的改性污泥炭的碘吸附值和比表面积分别达到530.1 mg·g~(-1)和429.5 m2·g~(-1);Zeta电位和阳离子交换容量分别为~(-1)5.50 m V、30.9×10-2mmol·g~(-1),更适合吸附重金属离子.     

磷酸水热预处理制备高比表面积高介孔率活性炭

以锯末为原材料,采用磷酸水热预处理后活化的工艺制备高介孔率活性炭,以比表面积和孔容为评价标准,通过单因素实验探究了酸料比、活化温度、活化时间对活性炭比表面积及总孔容的影响规律,验证了该工艺的可行性.最优条件下所制备的活性炭比表面积为2579 m~2·g~(-1),介孔率达到96.6%,充分说明磷酸水热预处理工艺能够显著提高活性炭介孔孔容占比.亚甲基蓝(MB)吸附实验数据与Redlich-Peterson模型拟合度较好,样本活性炭对MB的吸附为单分子层吸附,最大单层吸附量为618.35 mg·g~(-1),接近于实验测试值632.79 mg·g~(-1),表明该方法制备的活性炭具有良好的MB吸附性能.     

污泥活性炭对活性黑KN-B染料的脱色研究

利用城市污水厂二沉池污泥为原料,以0.5mol/LKOH为活化剂,与湿污泥混合直接活化,干化后在600℃条件下,采用水蒸气为活化气和保护气,炭化60min,制得性能良好的污泥活性炭:孔容积为0.19cm3/g,比表面积为737.61m2/g,碘值为879.62mg/g。并进一步将污泥质活性炭应用于活性黑KN-B模拟染料废水的处理,考察了吸附时间、活性炭投加量和pH值等对色度脱除效果的影响,实验结果表明,20℃温度条件下,初始浓度为500mg/L,污泥活性炭的最佳投加量为8mg/L,吸附时间为30min,色度脱除率可达95.7%。     

制药污泥热解制备生物炭及对制药废水的吸附处理性能分析

利用制药污泥热解制备生物炭,考察ZnCl₂活化条件对生物炭吸附性能的影响,并探究生物炭对制药废水的吸附处理特性。提高ZnCl₂活化剂的浓度和浸渍比均可提升制药污泥生物炭的吸附性能,5 mol/L ZnCl₂活化剂在1:1浸渍比下获得的生物炭的比表面积达到534.91 m2/g,碘吸附值和苯酚吸附值分别达到674.61,119.12 mg/g。制药污泥生物炭对制药废水COD吸附动力学与叶洛维奇模型和拟二级吸附动力学模型较为相符,1 h内为生物炭对COD的快速吸附阶段。制药污泥生物炭投加量的提升,可提高废水中污染物去除率,在50 g/L生物炭投加量下吸附1 h,可实现66.3% COD和61.8%可吸附有机卤素（AOX）的去除。而多级吸附可在较低投加量下实现更好的污染物去除效果,1 g/L投加量下进行6级吸附可去除72.8%的COD和65.2%的AOX。这揭示了制药污泥在ZnCl₂活化条件下热解可制备高吸附性能生物炭,并展现了出色的制药废水吸附处理效果。     

废旧Zn-C电池-活性污泥炭的制备及对SO_2的吸附

以污水厂二次污泥为主要原料,掺杂不同量的废旧Zn-C电池电极材料,采用Zn Cl2活化法制备出废旧Zn-C电池-活性污泥炭,表征分析污泥炭样品的碘吸附值、BET、FT-IR、SEM-EDS和XRD,并进行了低浓度SO2气体动态吸附试验.试验结果表明,污泥与电池粉末质量比为3∶1时,污泥炭的碘吸附值和比表面积分别达到750.6 mg·g-1和708.5 m2·g-1,优于纯污泥炭;回归分析表明,污泥炭吸附低浓度SO2的速率可用班厄姆公式描述,吸附平衡表达式可用Freundlih方程、Langmuir等温方程式表达,而Freundlih方程拟和效果更好.     

蔗渣炭吸附有机磷农药乐果的过程机制

针对有机磷农药造成环境水污染亟待解决的问题,采用炭吸附剂吸附去除是一种有效的技术。以有机磷农药乐果为目标污染物、制糖工业产生的废弃物甘蔗渣为炭吸附剂原材料,系统研究裂解温度、蔗渣炭用量、溶液温度和乐果浓度等因素对蔗渣炭吸附去除乐果性能影响。研究结果表明蔗渣炭的比表面积、孔径、孔容、炭化程度和极性取决于裂解温度。当裂解温度从400℃升温至600℃,蔗渣炭的比表面积和孔容分别提高了2.8倍和2.6倍;蔗渣炭的孔主要以微孔为主;碳和氧元素是构成蔗渣炭的主要元素。蔗渣炭吸附乐果的过程符合伪二级动力学模型和和Langmuir等温吸附模型;吸附过程本质是自发和放热反应。蔗渣炭对乐果的理论最大吸附能力为48.17 mg/g。     

污泥棉花壳吸附剂处理亚甲基蓝的研究

以城市生活污水厂脱水污泥和棉花壳为原料,氯化锌为活化剂制备复合吸附剂(SC)。用SC吸附处理亚甲基蓝废水,研究时间、温度、pH、投加量、初始浓度等对吸附效果的影响,并借助比表面积BET、扫描电镜(SEM)等现代分析方法分析SC的微观性质。结果表明SC吸附染料的性能较好,BET比表面积为415.04 m~2/g,说明吸附剂孔隙发达,这与SEM结果相吻合。SC对染料的吸附符合准二级动力学方程模型,对染料的吸附机理主要为物理吸附。     

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%。     

黏结剂对污泥基颗粒炭性能的影响

以城市污水处理厂剩余污泥为原料,可溶淀粉、羧甲基纤维素、硅酸钠和硫酸钙为黏结剂,采用两步炭化法制备污泥基颗粒炭,探讨了黏结剂种类对样品性能的影响.结果显示:可溶淀粉样品(SSGAC-T)具有最大的比表面积和孔容,SSGAC-T、羧甲基纤维素样品(SSGAC-C)和硅酸钠样品(SSGAC-Si)含有丰富的微孔和中孔,硫酸钙样品(SSGAC-S)为典型的中孔吸附剂;样品的抗压强度均随浸泡时间的延长而降低,但SSGAC-S的抗压强度下降程度最小;4种黏结剂都使样品表面生成新的官能团,且样品的表面均呈酸性,它们的pHPZC分别为6.37、6.16、5.85和5.53;相同条件下,SSGAC-S对亚甲基蓝的饱和吸附量最高,为71.94mg/g;根据对污泥炭的表征,初步推测硅酸钠和硫酸钙能与碳发生化学反应.     

污泥活性炭的制备及对甲苯吸附性能研究

以城市污水厂脱水污泥为原料,采用ZnCl2化学活化法,通过添加适量锯末(SAC-W)或椰壳(SAC-C)制备出不同污泥活性炭,其比表面积分别为450.3 m2/g和539.4 m2/g,比纯污泥活性炭的比表面积增加了31.63%和57.67%。将污泥活性炭和选用的煤质活性炭(CAC)用于甲苯动态吸附实验,研究不同活性炭的吸附性能。结果表明,在相同的甲苯初始浓度下,平衡吸附量大小顺序为SAC-C>CAC>SAC-W,污泥活性炭表现较好的吸附性能。对污泥活性炭进行理化性能分析,发现中孔和化学吸附作用对吸附量增加有一定贡献。污泥活性炭的吸附平衡与Langmuir方程拟合较好,相关系数R2为0.995。     

火山灰-活性炭的制备表征及其催化湿式氧化研究

采用自制的酚醛树脂基火山灰-活性炭负载Ce稀土催化剂在间歇式反应釜中催化湿式氧化(Catalytic wet air oxidation,CWAO)降解高浓度苯酚废水至可生化要求。发现经过浸渍、固化、炭化3个循环后可以获得9%的含炭量、1 020 m2/g的比表面积、0.57 cm3/g的总孔容并能满足后续反应所需的传质要求。同时研究了不同的炭化升温速率和炭化温度对火山灰-活性炭的性能的影响,发现升温速率为4℃/min、炭化温度为850℃时火山灰-活性炭获得最佳的结构特征。通过最佳工艺制备得到的催化剂,COD去除率达到92.4%,甲醛、苯酚去除率接近100%,BOD5/COD=0.42,满足可生化处理的要求。     

不同特性的多孔炭对CO2的吸附研究

分别用苯胺和糠醇为碳源、NaY分子筛为硬模板在碳化温度为700与900℃下合成了多孔炭(MC-AN-700、MC-AN-900、MC-FA-700和MC-FA-900),并对材料进行了结构表征,研究了低浓度CO2在这些材料和商业活性炭(AC)上的动态吸附.结果显示,MC-AN-700的氮和氧的含量均最高,分别为6.59%和8.71%;MC-FA-900的总孔容居于首位,为0.73cm3/g,但微孔体积中,AC的最大,为0.35cm3/g.在常温常压下,初始浓度为10%的 CO2在5种材料上的饱和吸附量的顺序为:MC-AN-700(2.20mmol/g)>MC-AN- 900(1.72mmol/g)>AC(1.59mmol/g)>MC-FA-900(1.45mmol/g)>MC-FA-700(1.09mmol/g),吸附差异受吸附剂的微孔孔容和氮含量共同影响.在2%~10%的范围内,CO2吸附量随初始浓度增加而增加;在20、45和65℃3个温度下,CO2吸附量随温度升高而降低.经4次脱附再生后,MC-AN-700的吸附量仍保持了原有吸附量的91%,高于MC-FA-900(86%)与AC(85%).     

Adsorption of benzene,cyclohexane and hexane on ordered mesoporous carbon

Ordered mesoporous carbon (OMC) with high specific surface area and large pore volume was synthesized and tested for use as an adsorbent for volatile organic compound (VOC) disposal. Benzene, cyclohexane and hexane were selected as typical adsorbates due to their different molecular sizes and extensive utilization in industrial processes. In spite of their structural differences, high adsorption amounts were achieved for all three adsorbates, as the pore size of OMC is large enough for the access of these VOCs. In addition, the unusual bimodal-like pore size distribution gives the adsorbates a higher diffusion rate compared with conventional adsorbents such as activated carbon and carbon molecular sieve. Kinetic analysis suggests that the adsorption barriers mainly originated from the difficulty of VOC vapor molecules entering the pore channels of adsorbents. Therefore, its superior adsorption ability toward VOCs, together with a high diffusion rate, makes the ordered mesoporous carbon a promising potential adsorbent for VOC disposal.     

Adsorption of benzene, cyclohexane and hexane on ordered mesoporous carbon

Ordered mesoporous carbon(OMC) with high specific surface area and large pore volume was synthesized and tested for use as an adsorbent for volatile organic compound(VOC)disposal. Benzene, cyclohexane and hexane were selected as typical adsorbates due to their different molecular sizes and extensive utilization in industrial processes. In spite of their structural differences, high adsorption amounts were achieved for all three adsorbates, as the pore size of OMC is large enough for the access of these VOCs. In addition, the unusual bimodal-like pore size distribution gives the adsorbates a higher diffusion rate compared with conventional adsorbents such as activated carbon and carbon molecular sieve. Kinetic analysis suggests that the adsorption barriers mainly originated from the difficulty of VOC vapor molecules entering the pore channels of adsorbents. Therefore, its superior adsorption ability toward VOCs, together with a high diffusion rate, makes the ordered mesoporous carbon a promising potential adsorbent for VOC disposal.     

木浆造纸黑液酸析木质素后滤液的处理工艺初探研究

采用不同的吸附剂对木浆造纸黑液酸析木质素后的滤液进行吸附处理研究,并测定其CODcr去除率和脱色率。对滤液原料(2#)的吸附工艺条件进行了考察。结果表明,在四种吸附剂中,粉末活性炭的吸附性能最好。采用粉末活性炭作为吸附剂处理滤液原料(2#)较好工艺条件为:用量为6 g,吸附时间为2.5 h~3 h,吸附温度为60℃。     

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）.     

高工业废水占比城镇污水处理厂COD提标技术比选与分析

废水中含有浓度高、成分复杂的溶解性难降解有机物,是目前许多进水中工业废水占比较高的城镇污水处理厂在新一轮提标改造中遇到的难题。以太湖流域4座进水含高比例难降解工业废水的污水处理厂为研究对象,分析水解酸化及多种污水深度处理技术对于化学需氧量（COD）的去除效果。结果表明:水解酸化技术可在一定程度上提高废水的可生化性,且添加填料能够起到促进效果;混凝沉淀、膜过滤两种深度处理技术对于可溶解性难降解COD的去除率仅为30%~35%;臭氧氧化技术对于部分溶解性难降解有机物的矿化能力较差,因此其受进水中有机物种类的影响较大;活性炭对有机物的吸附具有普遍性,去除效果较好,在空床水力停留时间（hydraulic retention time,HRT）为10 min的情况下,活性炭吸附废水中溶解性难降解有机物后,发现出水COD稳定低于20 mg/L,但该工艺运行成本较高,且需考虑活性炭的再生及处置问题。因此COD深度处理工艺的选择应基于进水水质情况,在小试及中试规模试验可行的前提下进行充分的技术论证,并综合考虑建设、运行、占地、高程等因素来选择合适的提标改造技术。     

蔗渣吸附剂的制备及其对氨氮的吸附研究

从炭化蔗渣的炭化温度和用量,吸附动力学、吸附温度,溶液的酸度、组成,吸附等温线及氨氮的存在形式等方面探讨了实验制备的炭化蔗渣吸附去除溶液中氨氮的影响因素。结果表明,直接炭化法蔗渣吸附剂制备的最佳炭化温度为400℃;在初始氨氮浓度一定的条件下,随着吸附剂投加量的增大,炭化蔗渣对氨氮的吸附量减少;炭化蔗渣吸附氨氮的动力学曲线符合准二级动力学模型,吸附常数K2=3.59g(/mg/min);当pH=9.20时炭化蔗渣对氨氮的最大吸附量为10g/kg;在实验的pH范围内,pH=10时炭化蔗渣对氨氮的吸附去除最好;直接炭化法蔗渣吸附剂对氨氮吸附去除的最佳温度是40℃;pH为3.98～9.20时吸附等温线可用Langmuir与Freundlich吸附等温方程进行拟合。     

改性柠檬渣的结构特征及其对Cu2+的吸附性能

为研究柠檬渣对污水中Cu2+的吸附性能,利用H₂SO₄与NaOH对柠檬渣进行改性制备吸附剂,并采用响应曲面法对制备工艺进行了优化. 测试了吸附剂的比表面积、孔容与孔径等性能,并利用红外光谱(IR)、紫外光谱(UV)、差热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、电镜(SEM)和能谱(EDS)对吸附剂进行了表征. 通过响应面法优化后的最佳改性条件:H₂SO₄改性后的炭化温度为80 ℃,NaOH改性后的炭化温度为90 ℃,w(NaOH)∶w(H₂SO₄)为0.3.改性后的柠檬渣较原柠檬渣比表面积由88.3 m2/g增至392.2 m2/g,灰分率降低了90.7%,碘吸附值提高了近5倍,孔径分布主要是中孔;柠檬渣属于无定型结构,改性后的柠檬渣有CC生成,形成了芳香烃,表面形成了密集的孔;改性后柠檬渣主要由碳元素组成,从而能有效吸附Cu2+,对Cu2+的吸附率能达到85.3%. 由红外分析可知,改性后的柠檬渣吸附Cu2+后3 804 cm-1处的吸收峰消失,说明Cu2+取代了这个吸收峰所代表的官能团及部分O—H中的H+.