典型有机污染物的活性炭吸附/微波再生方法与特性

【摘要】：本论文采用一种新工艺——颗粒活性炭吸附/微波辐照再生结合工艺,用于处理水中的典型有机污染物五氯酚和酸性橙Ⅱ染料。核心思想是充分利用活性炭的两个主要特性:一是对水中的有机污染物具有极强的吸附能力,可将绝大部分有机物吸附到其表面和内部孔隙中;二是极强的吸收微波的能力,在适当功率的微波辐照下,活性炭在微波场中迅速升温,几分钟内其温度可上升至1000℃以上,实现对吸附其上有机物的解吸、分解和炭化。 主要开展了以下几个方面的工作: 采用铠装K-型热电偶测定了颗粒活性炭在微波场中的升温过程。发现微波功率、活性炭性质和湿度是决定活性炭升温速率的主要因素。利用活性炭与微波的这种作用特性,以微波为热源,制备了活性炭为载体的铜催化剂。对新活性炭和载铜活性炭进行了X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、碘吸附值和五氯酚吸附等温线的表征。结果表明,金属铜均匀地分布在催化剂表面;载铜后,由于部分吸附位被铜占据,活性炭的吸附能力有一定程度的下降。 在新活性炭和载铜活性炭上进行了五氯酚分解实验。首先将水中的五氯酚吸附到活性炭上,然后将吸附五氯酚的活性炭置于石英反应器中用微波辐照。结果表明,在850W微波辐照10min后,吸附在新活性炭上的五氯酚绝大部分被彻底分解或炭化,只有很少的一部分(2%)被解吸或转化为中间产物。在载铜活性炭上,五氯酚的分解速率更快,但产生的中间产物稍多一些。采用GC/MS进行了产物鉴定,并据此推断了降解机理。同时考察了微波对活性炭的再生作用。经过7次活性炭吸附/微波再生循环后,通过对BET比表面积和孔分布、碘吸附值和五氯酚吸附等温线等参数表征,发现活性炭的吸附能力仍保持在较高的水平,甚至高于新活性炭。 本论文还考察了微波对吸附饱和偶氮染料酸性橙Ⅱ的三种颗粒活性炭的再生作用。三种活性炭的材质分别为椰壳、杏核和煤。活性炭对酸性橙Ⅱ的吸 大连理工大学博士学位论文 附在连续流动吸附柱中进行。吸附饱和的活性炭干燥后置于石英反应器中,850 W微波辐照smin。通过测定连续吸附/再生循环过程中活性炭对酸性橙11的吸附 速率和吸附量分析此方法的效率,发现经多次吸附/再生循环后,二者均保持在 较高的水平。考察了微波再生对活性炭表面物理和化学特性及对酸性橙n吸附能 力的影响,确认活性炭吸附性能的改善是由于微波对其孔尺寸分布和表面化学特 性修饰的结果。 本论文的研究为颗粒活性炭吸附/微波辐照原位再生处理高浓度难降解有机 废水工艺的实际应用提供了理论基础。 关键词:微波,颗粒活性炭,五氯酚,酸性橙n,吸附,再生