生物质焦吸附电镀镍废水机理及其催化乙酸裂解性能研究

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电镀镍废水排放不但会污染水体,同时造成镍金属资源的浪费。本文提出利用生物质焦吸附电镀镍废水中的Ni2+并用于催化生物油制氢工艺,主要的研究结论如下。首先,为了筛选吸附性能良好的生物质材料,采用稻草、棉秆、谷壳为研究对象,分析其基本理化性质,开展生物质焦吸附模拟电镀镍废水实验。结果表明:稻草焦具有明显优于谷壳焦和棉秆焦的吸附Ni2+能力。在p H=6、制焦温度为600℃条件下,稻草焦的吸附Ni2+脱除率达88.34%,理论负载量达40.07 mg/g,吸附动力学曲线符合准二级拟合方程。其中,稻草焦灰分组成部分阳离子交换和无机沉淀机制对Ni2+吸附贡献值为67.86%,占吸附作用的主导因素。然后,为了优化制焦条件,选取吸附Ni2+效果最好的稻草焦为研究对象,分析在500℃、600℃、700℃条件下制得的稻草焦的不同的理化性质和吸附性能;通过煅烧、加H2还原的方法将吸附在稻草焦表面的Ni2+活化成具有催化活性的镍单质。结果表明:稻草焦的吸附性能随着温度的升高而升高,当制焦温度为700℃时,Ni2+脱除率最大,这是因为700℃焦中灰分占比最大且芳香性最强,有利于镍离子的吸附作用;另一方面,600℃制得的稻草焦吸附Ni2+后活化所得的催化剂催化乙酸分解碳转化率最高,为76.26%,这是因为Ni/char-600的有效负载镍数量最大,且分散性较好。最后,为了增大Ni/稻草焦催化剂的有效负载量,在制焦阶段引入不同浓度(5%、15%、25%)的水蒸气制得水蒸气气化焦。研究发现:水蒸气气氛的加入使稻草焦的比表面积增大了4倍以上,芳香环缩聚程度随着水蒸气浓度的升高而增强,促进了稻草气化焦对Ni2+的吸附作用。乙酸碳转化率随着制焦水蒸气浓度的增大而增大,这是因为高浓度下制得的气化焦的镍具有粒径小,分散性好,表面镍含量高的优点,促进了乙酸的催化裂解反应。因此,增加制焦过程中水蒸气浓度是提升稻草焦吸附能力和镍/稻草气化焦催化剂催化性能的有效方法。
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