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城市污泥/松树锯末活性炭的制备及对Cr(Ⅵ)的吸附研究

吴豪  
【摘要】:近年来,水处理过程中的活性污泥产量逐年增加,污泥资源化利用也得到了越来越多的重视。论文通过热解技术,将污泥转化为活性炭材料,用来净化水中的污染物Cr(VI),达到以废治废的目的,符合可持续发展的要求,具有较大的环境效益和经济价值。首先,选择武汉城市污水处理厂污泥和松树锯末做原材料,以ZnCl2作为活化剂,在石英管中热解后得到活性炭。采用单因素试验、正交试验,以碘吸附值作为评价指标,分析混合比例、固固比、碳化温度、碳化时间等对活性炭碘吸附值的影响。实验结果表明,在锯末/污泥混合比例2:1、固固比1:0.7、碳化温度750℃以及碳化时间60min的条件下,制备得到的活性炭碘吸附值达到641mg/g。通过极差分析和方差分析,得到四个因素对实验结果的影响程度大小为:混合比例碳化温度碳化时间固固比。然后,采用热重分析、BET-N2吸附、FTIR、扫描电镜等分析测试手段,对最佳条件下制备得到的活性炭的性能进行表征。添加氯化锌的污泥/锯末样品热解过程分为水分析出、挥发分析出、活化反应三个阶段。ZnCl2渗透到污泥/锯末样品的内部,然后通过溶解、润胀作用形成孔隙结构。对Z-AC-750活性炭进行FTIR分析表明活性炭表面含有羟基、羰基、酚醚键等含氧官能团。Z-AC-750活性炭的比表面积为446m2/g,中孔孔体积为0.735 cm3/g,平均孔径为6.587nm,微孔孔体积为0.1967 cm3/g,微孔平均孔径为1.2963 nm。SEM结果表明Z-AC-750活性炭拥有较多的孔道结构。在此基础上,以碘值最佳活性炭对Cr(VI)的进行吸附特性实验研究,探索了溶液pH值、活性炭投加量、吸附时间、初始浓度以及温度对Cr(VI)吸附去除效果的影响。结果表明,活性炭对Cr(VI)具有较好的吸附效果。吸附动力学结果表明,准二级动力学模型可以用来描述Z-AC-750活性炭对Cr(VI)的吸附行为,其各个环节对整个吸附过程均有影响。利用Langmuir吸附等温线拟合得到的饱和吸附量是107.5mg/g。


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