沼渣-含油岩屑残渣共热解制备生物炭及其对镉的吸附机制

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hustyhw
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
餐厨垃圾的厌氧消化处理会产生大量的固体残余物——沼渣,沼渣的后续处理处置成为厌氧消化产业的制约瓶颈。为保障我国的能源安全,页岩气的探勘开发成为热点领域,但开采过程产生的含油岩屑经热解回收油品后仍会遗留大量热解残渣,限制了页岩气行业的绿色可持续发展。为解决上述问题,本研究以餐厨垃圾厌氧消化沼渣与页岩气开采区含油岩屑热解残渣为原材料,开展了共热解生物炭的制备及其对重金属Cd的吸附机制研究。通过沼渣生物炭及共热解生物炭的理化特性分析、微观形貌表征、吸附性能评估、吸附动力学/热力学模型拟合、吸附机理类型识别、重金属形态分析,得到如下主要结论:(1)沼渣生物炭性质主要受热解温度的影响,恒温时间在慢速热解制炭中对生物炭影响不大。沼渣生物炭产率随着热解温度的升高而下降,产率的变化趋势与沼渣热失重特性密切相关,随着热解温度从400℃升高到700℃,产率由54.75±3.18%降至42.93±0.21%。沼渣生物炭表面官能团种类和数量随着热解温度的变化而变化,酸性含氧官能团(羧基(-COOH)、羰基(C=O)、羟基(-OH)等)随着热解温度升高而逐渐减少。沼渣生物炭p H随热解温度升高不断增大,沼渣中挥发组分的分解、灰分的增加及酸性含氧官能团的减少是沼渣生物炭碱性变强的重要原因。(2)热解温度和热解残渣添加量共同影响着共热解生物炭的理化性质。共热解生物炭灰分含量随着热解温度和热解残渣添加量的增加而增加,挥发分含量变化趋势正好相反,p H随热解温度的升高而增加。相较于沼渣生物炭,共热解生物炭对溶液中重金属Cd(Ⅱ)有着较好的吸附能力,吸附量可高达47.8±0.37 mg/g,提升幅度达53.92%。共热解生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附能力同热解温度和热解残渣添加量密切相关:热解温度较低(450℃、500℃)时,低添加量(5%、10%)可提高沼渣生物炭的Cd(Ⅱ)吸附能力,热解温度较高(600℃、700℃)时,高热解残渣添加量(30%、50%)可提高沼渣生物炭对Cd(Ⅱ)吸附能力。(3)基于吸附性能所选择的三种典型共热解生物炭(B400-90-50、B450-90-5、B600-90-10)对Cd(Ⅱ)的吸附动力学更符合准二级动力学模型,相关性系数分别为0.9919,0.9964和0.9993,吸附过程以化学吸附为主。Langmuir等温模型能对B400-90-50、B450-90-5和B600-90-10吸附过程进行较好拟合,拟合系数分别为0.9863、0.9261和0.9355,理论最大吸附量分别为30.40 mg/g,61.46 mg/g和51.95 mg/g。在设定吸附温度下,三种典型共热解生物炭的Cd(Ⅱ)吸附过程的ΔG为负值,ΔH和ΔS为正值,表明其对Cd(Ⅱ)吸附过程是自发进行的吸热反应。(4)在三种典型共热解生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附过程中,各吸附机理的贡献排序依次为:矿物沉淀作用(Qcmp)>阳离子交换作用(Qcme)>其他吸附作用(Qo)>官能团络合作用(Qcol)。脱矿实验表明,对Cd(Ⅱ)的吸附主要与生物炭中的矿物含量有关,矿物作用对三种生物炭的Cd(Ⅱ)吸附量贡献率分别为91.53%、89.44%和92.21%。Cd的形态分析表明,其在生物炭上吸附形态主要为酸溶态(74.02%、54.89%、64.55%)和可还原态(25.77%、44.28%、35.15%),与脱矿实验所得结论一致。从定性分析和定量研究两个角度揭示了典型共热解生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附机理,理论上阐明了高灰分含量的生物炭在重金属镉吸附过程中的优势效应。
其他文献
近年来由于具有独特的物理化学性质,纳米银(Ag NPs)被广泛的应用于生物技术、电子、医学、环境修复、生物传感器、农业和食品工业等多个领域。纳米银的广泛应用不可避免地导致它们释放到自然水生环境中,并随食物链积累造成严重的生态风险;纳米银潜在的环境风险已成为国内外研究的关注热点,而藻类作为初级生产者,是构成众多生态系统中水生食物链的基础,又因其对外部环境较为敏感常被用作评价外界污染物生物效应的模型生
学位
多环芳烃及其衍生物是一类广泛存在于环境中的有毒有害物质,由于其对生态环境和人体健康存在潜在危害而受到广泛关注。大气沉降,包括大气湿沉降和干沉降,是大气中的污染物进入土壤、水体等其他环境介质的重要途径。然而,前期研究多针对湿沉降或干湿总沉降,对于多环芳烃及其衍生物的干沉降认识还比较少。重庆拥有三峡库区80%的面积,其大气污染会通过大气沉降等过程影响到三峡库区的生态环境安全。本研究采集了2019年1月
学位
受地形限制山地村民多以散居为主,集中式污水处理工艺难以适应其污水收集特征和不能满足其处理要求。现有山地农村污水处理设施少且普适性不强,污水处理装置仍存在曝气能耗大、维护强度高、脱氮能力弱等缺点。因此,如何因地制宜的开发出低能耗、低成本、易维护的污水处理工艺便成为了山地农村分散式生活污水处理的关键。山地村镇具有地形高差较大的特点,其污水处理过程中蕴含着丰富的重力势能,如果能挖掘重力势能以代替传统污水
学位
真菌在自然环境和人造环境中无处不在,它们对人类活动和健康具有巨大而深远的影响,其中有害真菌会对公众和经济健康构成重大威胁。临床上真菌感染已成为常见的感染性疾病之一,死亡率高达30%~60%。所以对真菌的检测鉴别方法研究受到广泛关注。表面增强拉曼散射(SERS)能够产生高于拉曼效应10~6~1012倍的增强信号,达到单分子检测所需的灵敏度。SERS技术因其具有快速、步骤简单、成本低、结果准确且样本损
学位
赤泥是工业制取氧化铝过程中产生的固体废弃物,含有大量的强碱性物质,若高碱度的赤泥渗滤液进入地表水或渗入地下水,会使水体p H大幅升高,造成严重的地表水和地下水污染。高级氧化技术是近年兴起的难降解有机废水处理技术,它通过反应产生具有强氧化性的自由基,可以有效降解有机污染物。赤泥中含有大量的铁氧化物,是高级氧化中常见的催化活性组分。生物炭是环境治理领域的研究重点,其不仅可以用于吸附污染物、改良土壤理化
学位
在众多生物脱氮技术中,厌氧氨氧化(Anammox)属于一类新兴高效的工艺,具备能耗低、污染少的优点,在生物脱氮领域有着广阔的发展前景。但实际含氮废水中可能存在种类繁多的抗生素,而抗生素的抑菌性而对Anammox的工程应用可能存在着一定的威胁,然而已有研究大多考虑极高浓度抗生素的抑制,或者仅停留在表观分析,对抗生素的转化分析了解甚少。因此,本文通过富集培养获得活性更高的厌氧氨氧化菌(AnAOB);在
学位
季铵盐(Quaternary ammonium compounds,QAC)因功能多样而作为杀菌剂、表面活性剂等广泛应用于油气开采、医护、纺织、印染等行业,是愈发受到关注的具有潜在健康效应的新型有机污染物。废水排放是QAC进入环境的主要途径。但由于其难降解、具有抑制性、易吸附等特性限制了其生物处理。常规高级氧化技术对有机物矿化效果好,然而在处理页岩气开采返排水和反渗透浓液等具有高盐(高卤)特性的季
学位
近年来,随着对生态环境保护的重视程度日益增加,我国在推进生态环境法规与标准体系建设等方面取得了显著进展。2019年12月,我国生态环境部发布了HJ 1082-2019《土壤和沉积物六价铬的测定碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法》(本文简称为AD-FAAS法),该标准是目前国内唯一的法定土壤和沉积物Cr(Ⅵ)测定方法。然而,一些研究和修复工程项目中发现修复后的Cr(Ⅵ)污染土壤测定结果存在假阳性或负
学位
高铵废水作为常见的工业生产废水,在皮革加工、页岩气开采以及煤加工等过程中大量产生,如未经处理直接排放则会对人体健康以及自然环境产生极大危害。铵仅由N、H元素组成,是高能量密度无碳存储载体。运用生物电化学方法,将废水中铵作电子供体被微生物转化为氮气,同时具有回收清洁能源氢气的潜力。探索高铵废水生物电化学厌氧铵氧化脱氮与同步产氢的机制,可以为发展高铵废水处理新技术提供理论依据和参考,其所产生氢气在推进
学位
多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是土壤中广泛存在的一类持久性有机污染物,其环境行为及其毒性效应备受关注。微生物群落是土壤生态系统的重要组成部分,在维护和指示土壤健康方面发挥关键作用。已有研究证实PAHs会影响土壤微生物活性并对功能微生物产生毒性效应。目前探究PAHs对土壤微生物群落网络关系、碳氮循环功能等方面的影响的研究较少。本研究选取三种PA
学位