污泥吸附剂的制备及其对染料吸附性能的研究

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本论文以水性油墨印花废水脱水污泥为原料,采用普通炭化-活化法(C1)和一步炭化-活化法(C2)制备吸附剂。对制备工艺条件和机理进行了研究,在对吸附剂表征的基础上,通过静态吸附实验,研究了其对阳离子蓝X-GRRL染料的吸附动力学和吸附热力学特性,并考察了吸附剂对混合染料的吸附效果及吸附剂热再生后对阳离子蓝X-GRRL染料的吸附效果。通过C1和C2的对比实验可以发现,相同条件下C2的吸附速率和吸附量都优于C1,对于300 mg/L阳离子蓝X-GRRL染料溶液,C2吸附量达到489.56 mg/g,C1的吸附量为221.85 mg/g,因此在后续的单因素实验和响应面实验中主要对C2进行讨论和研究。通过单因素实验和响应面实验,以阳离子蓝X-GRRL吸附量为标准,筛选出了制备吸附剂C2的最佳工艺条件:K2CO3投加量为15 g/L,KOH投加比1:1(m绝干污泥:mKOH),炭化-活化温度为700℃,炭化-活化时间为120 min。所得吸附剂对阳离子蓝X-GRRL的吸附量达到489.56 mg/g,比表面积为258.64 m2/g,孔体积为0.362cm3/g,平均孔径为5.594 nm;吸附剂的孔径主要集中在210nm的范围内,以中孔为主,具有较为开放的孔隙结构,适合吸附染料分子。能量分散谱仪(EDS)表明所制吸附剂仅含有少量的Cu、K、Al等金属元素,吸附剂具有一定的安全性。FT-IR谱图可以看出吸附剂存在-OH、-NH2、-C=O等极性基团,这些极性基团可以通过与染料分子形成氢键、离子键等方式使染料吸附于吸附剂上。吸附剂C2对阳离子蓝X-GRRL的静态吸附实验表明:对于浓度为300 mg/L阳离子蓝X-GRRL染料废水其最佳的处理条件为吸附时间420 min、吸附温度25℃、pH 5.4、吸附剂投加量0.6 g/L,此时,吸附剂的吸附量为489.56 mg/g,溶液的脱色率达到97.24%。动力学研究表明:四种动力学模型中准二级动力学模型能够很好的描述吸附剂对于阳离子蓝X-GRRL吸附动力学行为。颗粒内扩散过程是影响吸附速率的重要环节,但随着温度的升高,吸附剂颗粒内扩散的影响减弱,颗粒内扩散的吸附速率常数随着温度的升高而增大。热力学研究表明:吸附剂对阳离子蓝X-GRRL吸附规律符合Langmuir等温方程,主要是单分子层吸附。吸附是一个吸热过程(吸附焓ΔH0>0),提高温度有利于吸附的进行,吸附过程自发进行(吸附自由能ΔG0<0),吸附过程伴随着吸附熵的增加(ΔS0>0)。吸附剂对混合染料的静态吸附实验表明:阳离子蓝X-GRRL(CB)和酸性橙(AO)混合有利于去除率的提高,对于CB(200 mg/L)和AO(200 mg/L)混合染料,AO和CB去除率分别达到99.11%和99.01%,而相同条件下单染料吸附中,AO和CB去除率分别是56.89%和48.59%;吸附剂对阳离子蓝X-GRRL和阳离子桃红FG的混合染料的去除率与单染料去除率相比差别不大。通过热再生法对吸附剂进行再生,最佳的再生条件为:温度551.7℃,时间59.35min,升温速率10.1℃/min,多次再生前后的静态吸附量分别为475.1 mg/g、345.5mg/g、256.7 mg/g、218.5 mg/g,所制吸附剂多次再生后仍具有一定的吸附性能。研究结果表明以水性油墨印花废水污泥制备的吸附剂具有良好的吸附性能,可以作为一种高效、安全、经济的吸附剂用于处理阳离子染料废水,从而实现了污泥资源化,以废治废的目的。
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