【摘 要】
:
针对粉末活性炭对亲水小分子有机物吸附效率低和难以快速固液分离的问题,以粉末活性炭(PAC)、腐植酸盐(HS)、聚合氯化铝(PACl)为原料,通过化学沉淀法成功制备了粉末活性炭基复合材料PACMC(powdered activated carbon matrix composites)。运用静态吸附实验研究了PAC和PACMC对亲水性有机物吸附、重金属吸附和含油污水除油的性能。本文探明了PACMC的
论文部分内容阅读
针对粉末活性炭对亲水小分子有机物吸附效率低和难以快速固液分离的问题,以粉末活性炭(PAC)、腐植酸盐(HS)、聚合氯化铝(PACl)为原料,通过化学沉淀法成功制备了粉末活性炭基复合材料PACMC(powdered activated carbon matrix composites)。运用静态吸附实验研究了PAC和PACMC对亲水性有机物吸附、重金属吸附和含油污水除油的性能。本文探明了PACMC的结构和活性官能团,揭示了其性能提升机理及其对不同类别污染物的吸附机理,并初步明确了实际应用过程中可能的影响因素,为其用于水处理提供科学基础和技术支持。论文主要研究结果如下:1.通过正交实验和优化实验确定了制备PACMC的最佳比例和反应条件。PACl为粘合剂,通过化学沉淀快速将HS和PAC有效结合,得到PACMC。通过扫描电子显微镜X射线能量色散谱仪(SEM-EDS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱表征,确认了PAC、HS和PACl通过化学键生成了PACMC,证实了PACMC具有层状多孔结构和活性官能团,从而有利于传输扩散和化学吸附。2.运用静态吸附实验研究了PAC、HS、PACl和PACMC对罗丹明B(Rh B)的吸附性能,PACMC对Rh B的吸附能力是PAC的2-3倍。溶液p H对Rh B吸附影响显著,p H=4.5时,吸附效果最好(qe=28.56 mg·g-1,C0=40 mg·L-1);伪二级动力学方程能很好的描述Rh B在PACMC上的吸附行为,颗粒内扩散拟合表明其吸附分多步进行,化学吸附和内扩散均具有重要作用。等温吸附数据符合Dubinin-Radushkevich模型,其吸附机理为化学吸附;PACMC吸附Rh B的机理包括化学结合/螯合、疏水力作用和静电吸附。中性环境时PACMC对TCH的吸附效果最好,其对TCH吸附符合伪二级动力学模型,等温吸附数据符合Langmuir模型,表明既有化学吸附也有物理吸附,吸附容量可达26.27 mg·g-1。PACMC对除油后污水中的有机物去除率达88.4%。3.考察了PACMC对几种典型重金属离子的吸附性能。p H值对Cr(VI)的吸附容量影响显著,在较低的p H值下,PACMC对Cr(VI)的吸附能力较高,表明静电作用是二者发生结合的主要驱动力。Temkin等温模型的相关性最好,说明其吸附机理为化学吸附;同时动力学过程拟合表明,物理吸附和化学吸附可能同时存在,其吸附过程分多步进行,内扩散在吸附过程中发挥了重要作用。Cr(VI)在PACMC上的吸附为吸热和自发过程。p H值对PACMC吸附Ni(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和钠离子的效果影响显著,PACMC吸附Ni(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和钠离子的最佳p H值均在中性附近,均符合伪二级动力学模型,说明吸附过程中均有化学反应发生,但PACMC吸附Ni(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)为吸热反应,PACMC吸附Pb(Ⅱ)为放热反应,PACMC吸附Ni(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)符合Temkin模型,表明PACMC对Ni(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附是化学吸附。PACMC对Zn(Ⅱ)的吸附符合Freundlich模型,表明其吸附行为既有化学吸附也有物理吸附。PACMC可使模拟煤层气产出水中钠离子的浓度降至3.34 mg·L-1。4.通过静态吸附实验研究了PACl、PAC和PACMC对含油污水中有机物的吸附性能,结果表明PACMC对含油污水的吸附能力是PAC和PACl的2-3倍。溶液p H值对PACMC吸附去除含油污水中有机物的影响显著,p H=3时,吸附效果最好(qe=27.6mg·g-1,C0=300mg·L-1)。伪二级动力学方程能很好地描述含油污水中有机物在PACMC上的吸附行为,动力学拟合结果表明其吸附过程分多步进行,化学吸附、颗粒内扩散都起到了非常重要的作用。等温吸附数据与Dubinin-Radushkevich模型的拟合程度较高,证明其吸附机理为化学吸附。因此,PACMC处理含油污水的机理包括化学结合/螯合作用、疏水力作用和静电吸附作用。PACMC净化油田含油污水的最佳用量为130mg·L-1,此时去油率达94%;油含量降低,电导率随之增大。
其他文献
制氢转化炉是一种直接燃烧燃料、加热工艺介质、产出产品的设备,在石化企业广泛应用。其管系结构复杂,操作环境极为苛刻,长期处于高温蠕变状态,对转化炉的操作、安全评定及损伤情况提出了很高的要求。如何准确分析管系受力情况,判断炉管损伤情况具有非常重要的工程意义。本文以制氢转化炉为研究对象,考虑其管系结构实际工作环境及蠕变损伤特性,开展制氢转化炉管系结构多场耦合力学分析及蠕变损伤研究,主要研究工作如下:以制
破岩技术是钻井工程的核心,破岩效率的高低决定了钻进速度和工程成本。尽管机械式钻井破岩技术取得了长足的进步,但其无法避免钻进过程中的钻头磨损问题。在钻进硬质地层时,严重的钻头磨损导致频繁起下钻,费时、费力且大幅增加了钻井成本。随着油气及地热资源开采不断向深部地层迈进,硬岩破碎问题更加突显,寻找新型高效钻井破岩方法显得尤为重要。脉冲放电等离子体钻井破岩技术具有破岩效率高、钻头无磨损、可控性强、安全环保
随着油田开发的不断深入和三次采油技术的应用,油水分离后产生了含碱、表面活性剂、聚合物、微乳油滴和固相杂质的油田三元复合驱污水,亟需有效处理。三元复合驱污水含有油、悬浮物、阴离子聚合物和表面活性物质,粘度高,Zeta电位高,导致破乳困难、絮凝困难和分离沉降慢。针对油田三元复合驱污水难以处理的问题,使用硅酸四乙酯(TEOS)、纳米Fe3O4、氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)制得磁性支化核心(FSN),
油气能源最经济的输送方式是管道输送,我国的油气对外依存度较高,石油对外依存度高达70%以上,每年从俄罗斯通过管道进口原油高达3000万吨。中俄原油管道漠大线从我国漠河兴安镇入境,止于大庆林源输油站,经过高寒地区。这些地区特殊的气候使得管道工程不可避免地会穿越冻土区,其中部分冻土不稳定,发生冻胀融沉,威胁管道的安全运行。严寒地区的恶劣环境和输入物质的腐蚀性,使管道不可避免会发生腐蚀,管道的壁厚因腐蚀
由于实际地球是非完全弹性介质,地震波在传播过程中能量被吸收而发生衰减和频散,影响地震波的运动学和动力学特征,进而降低地震成像精度和地下参数反演的可靠性。在全波形反演和成像中考虑地层的衰减作用并予以补偿,将有利于构建准确的速度和品质因子(Q)模型,进而获得高分辨率的成像结果。尽管基于解耦分数阶拉普拉斯算子(DFLs)的粘声波动方程可准确描述地下介质衰减属性,但是数值模拟的边界反射、振幅补偿的稳定性、
摩擦磨损给人类生产生活带来重大损失,50%以上机械装备恶性事故起源于润滑失效和过度磨损。自润滑材料的研究与开发是降低材料摩擦磨损最有效的途径之一。聚合物基复合材料因其具有较轻的质量、较高的力学性能、优异的环境适应性和成型加工性、良好的化学稳定性及防腐性等被广泛用作自润滑材料。随着高新技术装备的快速发展,对聚合物基自润滑材料提出了更高的要求,研究具有低摩擦、高承载、长寿命的聚合物基自润滑复合材料以满
建造在软土地基上的液化石油气大型球罐群,在球罐自身及液体介质重力的作用下,球罐基础会出现不同程度的沉降。基础的不均匀沉降将对球罐结构性能造成极大的影响,严重威胁着球罐储气安全。为此,本论文结合球罐模型试验,开发球罐静动态测试技术,研究基础不均匀沉降下球罐静动态变化规律;基于有限元模型修正技术,研究基础不均匀沉降下球罐结构损伤识别方法。具体内容如下:根据在役大型液化石油气球罐结构特点,按相似理论设计
随着陆上油气资源的日益减少,海上油气生产已经成为保障国家能源安全的重要增长极。然而,因受海水段存在的影响,地层处于欠压实状态,造成深水钻井钻井液的安全密度窗口狭窄,井眼压力难以精确控制,极易发生井涌和井漏,严重时甚至会演变为井喷事故。2010年发生的墨西哥湾“深水地平线”钻井平台井喷爆炸事故,导致大量石油泄漏,酿成美国历史上“最严重的一次”漏油事故,历时3个多月才完成抢险,对周围环境造成了十分严重
基于粉煤灰利用率较低的现状和金属离子与有机污染物在水体中的赋存特征,提出了以粉煤灰废弃物制备分子筛去除水中金属离子与有机污染物的新思路,即以固体废弃物粉煤灰为原料,通过分级处理提取硅铝组分,合成NaP分子筛,采用传质强化等手段对NaP分子筛的晶化过程进行调控,以合成的NaP分子筛为吸附剂,对金属离子与有机染料分别进行吸附或氧化降解,实现污染物的深度去除,并对吸附过程中的动力学与热力学参数进行计算,