生物质污泥复合活性炭的制备及其对磺甲基酚醛树脂废水的吸附研究

作     者：陈菊 

作者单位：西南石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘宇程

授予年度：2016年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：生物质 污泥 活性炭 磺甲基酚醛树脂 吸附 

摘      要：本文研究了城市污水处理厂污泥热解制备活性炭,添加生物质材料提高原料含碳量,采用化学活化得到生物质污泥复合活性炭,单因素以及响应曲面实验确定制备生物质污泥复合活性炭的最佳条件为:核桃壳按质量百分比20%加入,2.5 mol·L-1的ZnCl2溶液,以1:2.5的质量比浸渍处理,在500 ℃下活化60 min,制备出生物质污泥复合活性炭碘值为574.11 mg · g-1产率为43.93%。采用元素分析、组分分析、比表面积和孔结构分析、红外光谱分析、pHpzc等电点测定、Boehm滴定和电镜扫描(SEM+EDS)分析等方法对生物质污泥复合活性炭的物化特性进行表征;重金属浸出实验表明,相较于污泥,生物质污泥复合活性炭的Zn浸出浓度升高,Cu、Cr、Cd、Ni浸出减少,但五种重金属浸出指标均低于农用标准;重金属形态分析表明,污泥中高风险的重金属Cu和Ni在生物质污泥复合活性炭中的环境迁移性和生物利用性减弱,而Zn的环境风险升高。将制备的生物质污泥复合活性炭用于废水中磺甲基酚醛树脂(SMP)的吸附,单因素实验得到最优吸附条件为:pH为2.4、污泥活性炭的投加量为5g.L-1、吸附时间为50h以保证吸附平衡;吸附过程符合拟二级动力学模型,粒内扩散模型研究表明SMP在污泥活性炭上的吸附过程中粒内扩散和膜扩散共同作用;Langmuir等温模型更适合解释SMP在生物质污泥复合活性炭上的吸附,单分子层饱和吸附容量为42.97 mg.g-1;热力学参数研究的吸附活化能为23.95 ***-1和吸附焾变ΔH0为7.132-14.41 ***-1,表明吸附属于吸热的物理过程,吸附熵变ΔS0为正,表明SMP在污泥活性炭上的吸附中系统的自由度增大;吸附自由能变ΔG0为负值和吸附焓变ΔHo为正值,表明吸附是一个自发吸热的过程。污泥活性炭是一种低成本新型吸附剂,生物质污泥复合活性炭对SMP具有突出的吸附能力,最高吸附量达到39.4 mg.g-1,再生实验表明生物质污泥复合活性炭的再生效率达到80.7%,二次再生效率仍高于70%,能够满足实际应用的要求,可作为一种非常有潜力的低成本吸附剂用于钻井废水等油田污水的处理。