BAC工艺中废弃活性炭用于吸附水中铅和锶的研究

作     者：刘婧 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董丽华;陆彩霞

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：BAC工艺 废弃活性炭 铅 锶 吸附 实际应用 

摘      要：本文针对生物活性炭法(BAC)给水深度处理工艺中废弃的活性炭(SBAC),提出直接的再利用方法:用于吸附去除重金属和放射性核素。实验以重金属铅离子(Pb)和放射性核素锶离子(Sr)为例进行探究,收集了同一水厂中使用5年,6年和7年的活性炭样品作为吸附剂。首先,以新活性炭作为对照,对不同使用时间的SBAC的表面性质进行了研究,包括pH值、表面酸碱性基团数量和等电位点。结果表明,新活性炭的pH为 11,SBAC-5,SBAC-6 和 SBAC-7 的 pH 分别降至 6.0、6.5 和 5.7,即,表面pH值由碱性变为酸性;Boehm滴定结果表明,SBAC的酸性表面官能团含量均高于碱性官能团;SBAC表面ZETA电位的分析结果表明,SBAC-5,SBAC-6和SBAC-7的等电位点分别为2.86、1.69、1.61,即,除在强酸性条件外,SBAC表面带负电,有利于金属阳离子的吸附。其次,以重金属Pb和Sr为吸附质,对SBAC-5,SBAC-6和SBAC-7进行吸附实验。结果表明,与新活性炭对Pb和Sr分别55%和16%的去除率相比,三种不同使用年限的SBAC样品对Pb和Sr的去除率均可分别达到99%和85%以上。SBAC对于两种金属的吸附都更符合Langmuir吸附模型和准二级动力学模型。温度的变化对Pb的去除影响不大,但对Sr的影响有一定规律,随着温度升高,对Sr的吸附率略有降低,与热力学中放热反应的结论一致。通过对SBAC吸附金属前后的FT-IR、XPS表征及溶液中其他金属离子的释放分析,得出SBAC对Pb和Sr的去除机理主要有以下两点,一是金属离子与Ca的交换,二是金属离子与羟基和羧基等表面官能团的络合。此外,关于SBAC对Sr和Pb表现出的不同吸附性能,原因可能是因为Ca和Sr在同一主族中,离子半径相似,水合离子半径相同,Sr的存在使得Ca的释放受到抑制,影响炭表面吸附位点的数量,由此导致SBAC对Sr的吸附结果不如Pb理想。最后,以校园内河水为原水,进行了溶出实验并模拟SBAC对真实水体中Pb和Sr的去除,结果证明了 SBAC在实际水体中应用的可行性。