几种果壳活性炭的制备及微波催化降解双酚A的比较研究

近年来,微波(MW)催化技术应用于治理水环境污染的研究越来越多.以活性炭(Activated Carbon,简称AC)作为催化剂的微波催化氧化技术更是近年来研究的热点,成为了处理难降解有机废水的新型有效方法.活性炭具有广泛的表面积,高表面活性,和良好的孔径分布.由于AC表面的不均匀性,在微波照射下,溶液中的AC表面会产生许多"热点",这些"热点"的温度比其它部位要高很多,容易发生化学反应.AC吸附的有机污染物在"热点"上发生反应,使得有机污染物被彻底矿化为二氧化碳和水等无机物. 本文采用不同的化学活化剂制备了几种果壳活性炭,应用于MW催化降解目标污染物双酚A(BPA)的研究,考察了微波照射时间,催化剂的用量,微波功率,BPA初始浓度等影响因素对BPA降解率的影响,并比较了几种果壳AC在MW催化诱导过程中的催化活性. 采用ZnCl_2,H_3PO_4和KOH作为化学活化剂制备椰壳AC,比较了不同浸渍比,活化时间和活化温度等因素对制备AC的吸附性能影响.研究了制备的三种AC结合微波诱导催化降解BPA,并比较了三种AC的微波催化性能.结果表明,对总体积25mL,浓度50mg/L的BPA,ZnCl_2-AC,H_3PO_4-AC和KOH-AC,投加量2.0g/L,微波照射2.0min时,降解率可达88.0%,52.2%和41.2%.适当提高微波照射时间,如3.0min时,同样的催化剂加入量降解率即可达到96.4%,79.5%和65.3%.由此可见,ZnCl_2活化法制备出的AC吸附性能最好,最为催化剂结合微波降解BPA的降解率最高. 采用ZnCl_2作为活化剂,制备了核桃壳,椰壳和杏壳活性炭,并进行对比.比较了不同浸渍比,活化时间和活化温度等影响因素下制备的AC的吸附性能.制备的三种AC分别应用于微波诱导催化降解BPA的研究,并比较了三种AC的催化性能.结果表明,对总体积25mL,浓度50mg/L的BPA,核桃壳-AC,椰壳-AC和杏壳-AC的投加量为1.2g/L,微波照射2.0min时,降解率可达86.8%,79.4%和46.5%.适当提高微波照射时间,如3.0min时,同样的催化剂加入量降解率即可达到97.0%,85.1%和57.1%.因此,核桃壳-AC的催化活性最好. 通过对二氧化钛负载AC结合MW(TiO_2/AC/MW)降解有机污染物过程中生成的自由基量进行对比,单AC/MW降解有机污染物过程中会产生少量的羟基自由基(·OH),而TiO_2/AC/MW体系中会产生远远多于AC/MW体系的·OH.同时考察了催化剂的量,微波功率,微波照射时间等影响因素对自由基生成量的影响,并比较了TiO_2/AC/MW体系对五种染料(酸性红B,甲基橙,酸性橙Ⅱ,亚甲基蓝,偶氮品红)的降解效果. 化学活化法可以制备出高品质的果壳活性炭,具有良好的吸附性能.制备的几种果壳活性炭结合微波催化降解有机污染物的技术具有降解速度快,效率高,反应时间短,成本低,无中间产物和无二次污染等优点,适合于水中环境内分泌干扰物双酚A的处理.

吸附法浓缩煤层气甲烷研究

煤层气是一种高品质的气体燃料,具有相当大的实用价值。开发利用煤层气对于充分利用能源,改善能源结构,减少煤矿瓦斯灾害,保护大气环境都有极为重要的意义。然而目前煤层气资源未得到充分利用,这主要是由于煤层气中含有高浓度的非可燃性气体。一般通过抽放气法开采得到的煤层气中甲烷浓度在20% ~ 45%,而管道输送一般要求甲烷浓度高于90%。抽放煤层气无法满足管道输送的最小热值要求。氮气作为煤层气中主要的非可燃性气体,与甲烷之间的分离是煤层气利用的关键技术之一。 变压吸附技术由于能耗小、操作灵活,投资和运行费用低等优势在煤层气甲烷分离浓缩方面受到广泛的关注。本文采用计算机模拟方法结合实验对CH_4/N_2在活性炭上的吸附机理进行了深入研究,并在此基础上对传统变压吸附过程进行了改进,实现了低浓度煤层气的浓缩分离。 (1)采用10-4-3的势能模型计算了不同孔宽下活性炭与甲烷、氮气之间的相互作用。同时,利用Material Studio 4.0软件中的Sorption模块,采用GCMC方法模拟计算了甲烷和氮气混合气在不同孔宽的活性炭孔内的吸附行为,考察了吸附剂孔宽、吸附压力对甲烷与氮气的分离效果的影响。由计算结果可以看出,甲烷与氮气分离因子受孔宽的影响较大,在孔宽为0.75 nm左右时,氮气和甲烷分离因子达到最大值;当孔宽大于1.3 nm时,分离因子基本不再发生变化。因此微孔(0.75～1.3 nm)含量高的活性炭有利于甲烷和氮气的吸附分离,该结论的得出对于变压吸附分离吸附剂的选择以及吸附剂的合成具有极大的指导意义。 (2)采用水蒸气和CO2活化相结合的方法制备了八个具有不同孔宽分布的活性炭材料。通过动态法测定甲烷和氮气混合气在八个样品上的穿透曲线,并计算其分离因子。实验结果表明,低压有利于甲烷和氮气的吸附分离,随着压力的升高分离因子逐渐减小。根据GCMC模拟中计算得到的不同孔宽下甲烷和氮气吸附等温线,建立了基于吸附剂孔宽分布的甲烷/氮气在活性炭上的分离因子计算模型。通过对比实验结果和计算结果可以发现,采用该模型可以准确的计算CH_4/N_2在活性炭上的分离因子,该计算模型的建立可以很大程度上简化筛选吸附剂的实验过程,从分离效果的角度评价吸附剂优劣。 (3)传统的变压吸附分离技术中,一般以混合气中的轻组份气体为产品气,相对于强吸附组份,轻组份可以作为塔顶产品具有浓度高,回收率高的优势。然而在CH_4/N_2混合气中,甲烷是强组份气体,同时又是产品气,因此变压吸附浓缩CH_4/N_2与典型变压分离过程意义完全不同,将传统的变压吸附分离过程应用于CH_4/N_2混合体系的分离具有较大的困难。本文在传统的变压吸附流程加入CO2置换步骤,成功地将甲烷由塔底产品转变为塔顶产品,在实现CH_4/N_2变压吸附分离的同时,得到了高浓度的甲烷产品气。本流程包括以下四个阶段:充压,高压吸附,CO2置换以及吸附剂再生。本实验采用了实验室自制的活性炭作为吸附剂,配制了一系列甲烷浓度(17.62%,22.30%,32.06%,40.28%和51.33%)的原料气用于置换分离实验。通过实验确定了不同浓度原料气的最佳吸附时间,产品气浓度与回收率的关系,摸索了吸附床再生条件以及置换压力对于产品气浓度回收率的影响。通过实验发现,采用置换方法分离低浓度CH_4/N_2混合气是可行的,可以将甲烷由塔底产品转换为塔顶产品。在维持90%以上回收率的条件下,产品气中甲烷平均浓度均达到88.5%以上。对于不同浓度的原料气来说,随着甲烷浓度增大,其产品气的浓度和回收率都有明显的提高。甲烷浓度为17.62%时,0.4MPa置换后,产品气浓度为84.4%,回收率为91.4%;常压置换后,产品气浓度为98%,回收率为90%;甲烷浓度为51.33%时,0.4MPa置换后,产品气浓度为91.8%,回收率可达96.5%;常压置换后,产品气浓度为98.5%,回收率为90%。

Experimental research on treatment and recovery of high concentration of ammonium nitrogen in rare earths wastewater稀土废水中高浓度氨氮处理与回收试验研究

为处理稀土分离排放的高浓度NH4 -N废水,采用模拟废水研究了在不同条件下减压蒸馏回收氯化铵对馏出液中NH4 -N浓度变化影响.发现真空度,不同浓度范围及溶液pH对馏出液中NH4 -N浓度有显著影响,在真空度为0.07MPa,溶液pH为3～4条件下蒸馏,可使馏出液中NH4 -N浓度<15 mg/L.实际废水验证试验表明,废水经气浮除油,氨水中和,适量重金属沉淀剂DTCR去除重金属及活性炭吸附微量重金属及油类物质等预处理后,减压蒸馏可获得较高品质氯化铵产品,经分析达到工业级合格产品,馏出液可作为自来水回用于生产.对废水处理成本和收益进行了估算,发现每处理1 m3废水可获得67.1元的经济收入,实现较高的经济效益和生态环境效益.

稀土废水中高浓度氨氮处理与回收试验研究

为处理稀土分离排放的高浓度NH4+-N废水,采用模拟废水研究了在不同条件下减压蒸馏回收氯化铵对馏出液中NH4+-N浓度变化影响.发现真空度、不同浓度范围及溶液pH对馏出液中NH4+-N浓度有显著影响,在真空度为0.07MPa,溶液pH为3~4条件下蒸馏,可使馏出液中NH4+-N浓度<15 mg/L.实际废水验证试验表明,废水经气浮除油、氨水中和、适量重金属沉淀剂DTCR去除重金属及活性炭吸附微量重金属及油类物质等预处理后,减压蒸馏可获得较高品质氯化铵产品,经分析达到工业级合格产品,馏出液可作为自来水回用于生产.对废水处理成本和收益进行了估算,发现每处理1 m3废水可获得67.1元的经济收入,实现较高的经济效益和生态环境效益.

杏核壳制备高品质活性炭的工艺及其再生研究

以杏核壳为原料,采用微波辐照氯化锌法制备高品质活性炭.考察了活化温度,活化时间和料液比等因素对活性炭亚甲基蓝吸附值和碘吸附值的影响.最佳工艺条件为:微波功率700 W,微波时间7 min,氯化锌浓度50%,活化温度800℃,活化时间90 min,料液比1:3,在此工艺条件下的碘吸附值为1670.25 mg/g,亚甲基蓝吸附值为200.0 mL/g.利用处理过枸杞油的活性炭,采用微波辅助法再生.通过试验,得出最佳的再生条件为:再生剂浓度9%,微波功率700 W,微波时间9 min,在此工艺条件下,再生率可达85%.

活性炭对清净糖浆的脱色研究

高品质无色清净糖浆为市场所需,活性炭吸附是常用的糖浆脱色清净方法之一。通过系统研究清净糖浆的活性炭脱色工艺,对4种粉末活性炭脱色效果的比较,选取C-1型活性炭为脱色剂,并对影响清净糖浆脱色效果的活性炭添加量、脱色时间、糖液pH值、脱色温度等因素进行考察。单因素试验及正交试验结果表明,最佳的脱色工艺条件为活性炭添加量0.583%,脱色温度65℃,糖液pH值6.5,脱色时间40 min。