污泥基介孔炭材料制备及其对废水中酚类化合物的吸附性能研究

作     者：吕凯 

作者单位：内蒙古大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王利平

授予年度：2021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）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：剩余污泥水热炭 化学活化法 模板法 介孔炭材料吸附剂 含酚废水 

摘      要：城市在污水生物净化处理的过程中会产生大量的剩余污泥副产物,已经引起了广泛的环境问题。剩余污泥资源化利用是解决污泥问题的重要手段。由于酚类化合物的生物毒性,对工业生产过程中产生的含酚废水进行有效处置已经成为水环境治理的热点问题之一。为了丰富剩余污泥的资源化利用途径并实现对含酚废水中酚类化合物的高效回收,本研究开展了剩余污泥介孔炭材料制备及其对含酚废水中酚类化合物的吸附性能评估。通过以典型剩余活性污泥为研究对象,在采用水热炭化法对剩余污泥进行低能耗炭化处理的基础上,分别进行了化学活化和模板调控以制备介孔炭材料,并利用静态法对含酚废水中五种典型的酚类化合物(苯酚、间甲酚、二氯酚、三氯酚、对硝基苯酚)的吸附性能进行了研究。介孔炭材料制备结果表明:污泥水热炭化耦合化学活化制备的介孔炭材料对酚类化合物的吸附性能明显优于污泥直接化学活化,且Zn Cl优于KOH活化;在260℃水热炭化6 h下的污泥水热炭经40%的Zn Cl在活化剂/污泥为3/1和600℃下活化2 h制备的介孔炭材料的平均孔径为5.75 nm,比表面积为412.40 m/g,而经三段共聚物F127/污泥在投加比为0.25/1下调控制备的介孔炭材料的比表面积高达549 m/g,平均孔径为3.54 nm。吸附结果表明:化学活化和模板调控下的最优介孔炭材料对五种酚的吸附均符合Langmuir等温模型,最大吸附量分别为:31.18 mg/g、49.96 mg/g、118.38 mg/g、106.67 mg/g、79.33 mg/g;22.30 mg/g、44.19 mg/g、100.57 mg/g、99.22 mg/g、58.087 mg/g。污泥基介孔炭材料对酚类化合物的吸附动力学符合伪二级动力学模型,吸附过程均为放热过程,且物理吸附和化学吸附并存。五种酚类化合物在吸附过程中存在竞争吸附,化学活化介孔炭材料吸附效果2,4-二氯酚2,4,6-三氯酚对硝基苯酚间甲酚苯酚,模板调控介孔炭材料对2,4-二氯酚和2,4,6-三氯酚吸附量达吸附总量的89%。在p H9条件下不利于苯酚和间甲酚,p H7时不利于2,4-二氯酚、对硝基苯酚,p H6不利于2,4,6-三氯酚的吸附。吸附酚类化合物后对苯酚脱附效果最佳,200℃下苯酚脱附量最大为87.5%,0.5 mol/L浓度氢氧化钠的苯酚脱附效率最大为92%。