基于活性炭吸附及组合工艺对洗消废水处理的应用研究

本课题旨在为"移动式核化洗消废水装置"工艺的研发提供理论依据及放大参考.国内外对洗消废水或与洗消废水性质相似的废水的处理方法包括沉淀过滤法,泡沫分离法,吸附法,膜分离法,混凝法,高级氧化法等.综合分析了国内外洗消废水处理工艺,针对水质特点及移动式装置对重量限定,稳定性及抗震性的环境要求,研究装置处理工艺初步确定为:混凝沉淀——过滤单元——活性炭吸附——离子交换——膜处理单元.活性炭吸附单元作为洗消废水中有机毒剂的主要处理单元,在整套工艺中具有极其重要的作用.因此,在小试阶段重点研究吸附单元对洗消废水中的特征污染物甲基膦酸二甲酯(Dimethyl Methyl Phosphonate,DMMP)的吸附效果具有一定的意义.小试实验研究分析活性炭吸附单元不同型号活性炭的性能参数,筛选最优型活性炭,并考察了不同溶液p H,流速,初始浓度,钙离子(Ca2+)影响等条件下活性炭对洗消废水处理效果,确定最优操作条件,为工艺优化及放大提供理论依据.最后,通过对洗消废水中试装置及样机的调试及实验结果,验证"移动式核化洗消废水装置"整体组合工艺的可行性,并进行改善优化.小试研究结果表明,煤质炭对模拟洗消废水中的有机物吸附性能最优,椰壳活性炭次之,其中煤质活性炭09炭的吸附性能最强;在相同粒径条件下,同一原材料活性炭的碘值的大小与吸附量成正相关关系.弱酸性条件有利于吸附反应的进行,而强酸及碱性环境均会抑制吸附反应.在无机物Ca2+与DMMP共存的情况下,低浓度的Ca2+可以促进活性炭对有机磷的吸附,而过高浓度的Ca2+对活性炭吸附行为产生抑制作用.以流速,p H,活性炭填充高度和初始浓度等影响因素为参考对象,进行L9(33)的正交优化实验.结果显示各影响因子的显著性由大到小依次为初始浓度流速p H填充高度.最佳操作参数条件:流速为2mm·s-1,p H为6,填充高度为500mm,初始浓度为300mg·L-1.中试及样机测试结果表明,"混凝—过滤—吸附—离子交换—膜组件"组合工艺能满足移动式洗消废水处理的要求,整套设备的总运行成本为4.094元/吨.

污泥基活性炭的制备及其吸附苯系物性能探究

随着十三五"蓝天保卫战"的打响,公众的环境生态意识逐渐加强,社会各界对环境污染,生态破坏的重视程度越来越高,污泥的任意堆放对环境及人类产生了较大的危害,污泥传统处理方法中存在的问题也不断暴露出来,环境污染治理再度升级.如何更好,更完善的实现污泥的有效化及资源化是目前需要解决的热点问题.石化企业作为重要的工业VOCs排放源,活性炭吸附技术已成为目前石化企业罐区,装载系统VOCs治理应用最为广泛的技术,并取得了一定的治理效果.但另一方面,目前石化企业VOCs治理所用的活性炭采用外购的方式,价格可高达每吨万元以上,大大增加了企业的运行成本,而且在活性炭吸附效率方面,仍有较大的提升空间.因此,研发用于石化企业VOCs治理的低成本活性炭类吸附剂,成为炭材料和环保领域研究的热点问题.将污泥作为炭源,采用化学活化法制备成污泥基活性炭,是污泥资源化利用的重要发展方向之一,使得污泥基活性炭具有更为粗糙的表面结构,较为发达的孔隙结构以及较强的吸附能力.本文以青岛炼化厂脱水后的干污泥作为炭源,采用化学活化法来制备污泥基活性炭,将单一活化剂和复配活化剂作为制孔剂,考察污泥基活性炭的吸附性能情况,从而研究最优的制备条件.同时,采用吸附等温线模型,动力学模型,D-R方程等分析了污泥基活性炭的吸附性能,并结合BET比表面积,孔径,投射电子显微镜(TEM),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)等多种表征手段,探究了商业活性炭与污泥基活性炭吸附量的不同.研究结果主要有: (1)采用化学活化剂作为制孔剂,来制备污泥基活性炭(SAC),将吸附碘值和产率作为性能考察对象,探究单一活化剂和复配活化剂制备污泥基活性炭的性能情况.结果表明,最优制备条件为:炭化温度500℃,活化剂浓度6mol/L,炭化时间70min,升温速率10℃/min,干污泥质量:活化剂体积=1:1,ZnCl2:H3PO4=1:1.5时,污泥基活性炭具有较大的比表面积和总孔体积,从而使得吸附性能最好. (2)探究不同炭源制备的活性炭:污泥基活性炭,蔗糖基活性炭,秸秆基活性炭,核桃壳基活性炭,对吸附性能产生影响的因素.实验结果表明:蔗糖基活性炭因其碳源蔗糖含碳量最高,也含有最高的含碳量,且静态下吸附苯系物性能最好,为700mg/g以上;商业活性炭吸附性能最低,为300mg/g左右,这是因为商业活性炭中含有较多的中孔,而吸附性能主要由微孔决定,污泥基活性炭对甲苯和二甲苯的饱和吸附量分别为为400.03mg/g和366.44mg/g. (3)对污泥基活性炭的SEM,TEM,红外,XPS,XRD进行了表征,结果表明:污泥基活性炭中含有较多的官能团,如:-OH,C=C,Si-O-Si,-CH(O)CH-,-CH2等官能团,这些极性基团特别是羟基的存在使得污泥基活性炭吸附性能增加,且污泥基活性炭含有大量的C,O,Zn,Mn,Pb等元素. (4)采用静态,动态装置来吸附苯系物,结果表明:污泥基活性炭对甲苯的饱和吸附量高于二甲苯饱和吸附量;且在温度不断变化的情况下,温度和吸附量呈现负相关关系,且对苯系物的吸附反应过程更符合准二级动力学模型;随着采气流速的增大,吸附量逐渐较小,但变化范围不大;通过D-R方程,得出污泥基活性对苯系物的吸附属于物理吸附过程.

以不同污泥为原料制备活性炭及其对Cr(VI)的吸附

以城市和巨化污水厂的生化污泥及剩余污泥为原料,采用氯化锌活化法制备活性炭,试验考察了不同污泥及制备条件对活性炭吸附性能的影响,结果表明:不同来源的污泥由于组成不同,制备所得的活性炭吸附性能也有差异,挥发份含量高的污泥制备所得的活性炭具有较高的碘值;制备条件对活性炭吸附性能有重要的影响,其影响程度依次为活化温度活化时间质量比;在用制备的其中两种活性炭吸附含Cr(VI)废水试验中,发现均具有较好的去除效果.

煤基磁性活性炭的制备

以大同烟煤为原料、Fe3O4作为添加剂,催化制备了煤基磁性活性炭(MCAC).利用氮气吸附等温线表征了MCAC的孔隙结构,并考察了其吸附性能(碘值、亚甲兰值)和磁学性能.结果表明,Fe3O4对MCAC孔隙的产生具有催化作用,有利于活性炭中孔的形成和发育.其中添加10%Fe3O4的MCAC中孔率高达76.0%.MCAC与普通活性炭(AC-0)相比,碘吸附值明显降低,而亚甲兰吸附值显著提高.添加7%Fe3O4的MCAC,其碘值降低了25.5%,亚甲兰值提高了79.9%.添加适量的Fe3O4制备的MCAC具有较高的比饱和磁化强度和磁导率.Fe3O4质量分数为4%和10%时,所得MCAC的比饱和磁化强度分别是AC-0的24.4倍和44.5倍.

废弃杏核壳制备高碘值活性炭及表征研究

以杏核壳为原材料,采用磷酸浸渍两步活化法制备活性炭.以碘值为响应值,经过正交优化试验确定高碘值活性炭制备的最优工艺组合为250℃炭化0.5h,60%磷酸浸渍,900℃活化1h,样品碘值高达1354mg/g.对制备的高碘值活性炭进行氮气等温吸脱附实验,结果表明所制备的活性炭属于微孔型,微孔总孔体积0.4201cm3/g,Langmuir 比表面积高达1339m2/g.利用扫描电镜和 X 射线衍射仪对杏壳活性炭的表面形态及活性炭晶体结构进行观察分析.

石油焦基活性炭制备工艺对其吸附性能及孔结构的影响

我国石油焦资源丰富,尤其高硫石油焦应用受到限制,用其生产活性炭前景广阔.但石油焦孔隙率低,直接活化性能很差,通过预炭化,成型,配入辅助物,可以大大改善活性炭吸附性能.通过在金山石油焦中配入少量的太西无烟煤后,在560 ℃下炭化,经过810 ℃活化7 h,所得活性炭的碘值为855.38 mg/g,亚甲蓝值为104.90 mg/g.用BET法计算了总比表面积,用BJH法计算了中孔比表面积,比孔容的孔径分布等.

废茶活性炭的制备及其对于SO_2、NO吸附性能的应用研究

燃煤烟气中的SO2和NO是造成酸雨的主要污染物,因此对其排放的控制显得尤为重要。活性炭因其较大的比表面积和特定的吸附性能,已被应用于烟气脱硫脱硝。但是常规活性炭的原料以及活性炭的改性又带来了成本和二次环境污染等问题。废茶作为一种廉价的生物废弃物,本身具有较高的碳含量并携带一定的碱性基团,将其制备成活性炭并应用于酸性气体的脱除具有一定的研究意义。本研究主要以福建铁观音废茶为原料制备废茶活性炭,在其制备过程中直接对其孔径结构及表面结构进行调控,并考察了自制废茶活性炭的脱硫脱硝性能与机理。通过水蒸气物理活化法及K2CO3、ZnCl2化学活化法制备废茶活性炭,并考察了其结构性质与吸附性能。结果表明,所制备的废茶活性炭孔径均以微孔为主,且K2CO3和ZnCl2活化制备的材料孔径结构更为发达,亚甲基蓝吸附值及碘值可分别达440.53mg/g、1235.62mg/g。采用K2CO3和ZnCl2活化法对废茶活性炭进行孔径结构调控。结果表明,以ZnCl2作为活化剂,在活化温度为350℃时产生中孔结构,在500℃时中孔容量达0.55cm3/g,继续升高温度为700℃后,中孔容量减小到0.06cm3/g;以K2CO3为活化剂,当活化温度升至800℃后开始中孔结构出现;以ZnCl2为活化剂,活化时间由0.5h延长至1.5h,微孔径相应地由0.83nm逐渐增大至0.87nm,活化时间达2h后,活性炭结构得到重排,中孔容量降低而微孔容量升高;以K2CO3为活化剂,活化时间达2.5h后开始中孔结构;当浸渍比为1:1时,由K2CO3和ZnCl2活化制备的材料拥有最大的微孔容量,分别达48cm3/g、60cm3/g。将自制废茶活性炭用于烟气脱硫脱硝性能的研究,并探讨其吸附机理及动力学。结果表明,废茶活性炭单独脱硫时,较低的石墨化度、较窄的平均微孔径以及含量较高的碱性含氮官能团更有利于SO2的脱除;材料单独脱硝时,中孔结构不利于NO的脱除,含氮碱性官能团对材料的脱硝有一定的促进作用,而含氧官能团的影响较小;材料同时脱除SO2和NO时,NO抑制了脱硫作用,烟气中O2和H2O的加入能够有效提高材料的脱硫脱硝性能;结合红外光谱与再生材料的氮气吸附等温线可以判断,在烟气中不存在H2O的情况下材料对SO2和NO的脱除作用均以物理吸附为主,且再生材料的脱硫脱硝性能基本保持不变,水蒸气的加入促进了SO2的化学吸附,并加速了材料的老化;通过动力学模型的拟合发现,废茶活性炭对SO2和NO的吸附速率受表面反应及粒子内扩散等多方面的影响,班厄姆吸附速率模型能够很好地描述材料脱硫脱硝的动力学过程,R2不低于0.989。废茶活性炭经前期和后期改性处理后平均微孔径几乎保持不变,KOH的改性均引入了仲胺类含氮官能团,NH3的改性处理均在材料表面引入了仲酰胺类含氮官能团;经KOH、NH3后期改性的材料脱硫的穿透时间由30min延长至40min以上,而脱硝作用未见明显改善;KOH、NH3前期改性材料的脱硫穿透时间分别提高到60min、38min,且吸附初期的脱硝效率也有一定的提高,其中KOH前期改性材料在10min内对于NO脱除效率由40%提高至60%以上;醋酸前期改性引入了含氧官能团,削弱了材料表面的碱性强度,脱硫脱硝效率反而有所降低。

一种采用高碘值活性炭制备低汞催化剂的方法

本发明提供一种采用高碘值活性炭制备低汞催化剂的方法,包括活性炭的处理,气相吸附;所述气相吸附,将高纯度氯化汞进行加热气化,气相的氯化汞进入到装有活性炭的吸附床中,控制压力为0.6MPa,温度为540℃,流速为1000m/h;本发明的有益效果为:本发明制备的低汞催化剂,以重量百分比计,其中含氯化汞4.07%,氯化锌3%,氯化锰2%,二氯四氨钯2%,四丁基氯化铵1%,四硝基铂酸钾1%水0.16%,机械强度99.1%,粒度3～6mm(99.3%),堆积密度485g/l,氯化汞烧失率0.28%;本发明催化剂,常温下,无汞升华现象;催化活性高,催化剂单耗低,催化剂使用寿命长,用量少.