焦化污泥对活性炭结构和性能的影响及机制

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焦化污泥是焦化废水处理过程中产生的一种工业固体废弃物,因其具有危害大、处理难等特点而受到了越来越广泛的关注。随着《国家环境保护“十二五”规划》的出台,传统的填埋、焚烧、投海等污泥处置方式已不适用于目前的环保要求,因此如何在避免焦化污泥对环境和人体造成危害的同时合理有效的利用焦化污泥势在必行。将污泥用于活性炭的制备被认为是一种安全的、有效的污泥资源化处置方式。本文以阳城煤(YC)、襄垣煤(XY)、大同煤(DT)和长治焦化厂污泥为原料,沥青和煤焦油的混合物为粘结剂通过水蒸气活化制备活性炭,考察不同煤种和污泥添加量对活性炭结构和性能的影响。主要研究内容和结论如下:(1)考察了不同煤种对污泥活性炭结构的影响。煤阶较高的煤添加污泥后其活性炭的孔结构发育较好,所以煤阶较高的XY和YC添加20%焦化污泥所制备的活性炭比表面积较高,分别达到662 m2/g和574 m2/g。随着煤阶的降低,活性炭表面碱性官能团含量逐渐增加,煤阶较低的DT添加20%焦化污泥所制备的活性炭表面碱性官能团含量较高,达到1.58 mmol/g。(2)考察了污泥添加量对活性炭制备过程及其结构的影响。以YC和焦化污泥为原料制备活性炭。随着污泥添加量的增加,炭化失重率逐渐增加,活化烧失率先逐渐增大后趋于平缓,导致产率逐渐减小。当焦化污泥添加量小于10%时可以促进活性炭微孔结构的发育,提高活性炭比表面积,当污泥添加量为10%活性炭比表面积由未添加的569 m2/g增加到759 m2/g,当污泥添加量超过10%时,活性炭孔径变大,比表面积减小。焦化污泥的灰分中含有大量的碱金属和碱土金属,在水蒸气活化过程可以促进活性炭表面碱性官能团的生成,随着污泥添加量的增加,活性炭表面碱性官能团的含量逐渐增加。当焦化污泥的添加量为100%时,活性炭表面碱性官能团由未添加的0.77 mmol/g增加到1.58 mmol/g。(3)研究了焦化污泥添加量对活性炭吸附Pb2+的影响。研究发现添加焦化污泥可以促进活性炭对重金属Pb2+的吸附。当焦化污泥添加量为50%时,活性炭对铅的吸附量达到最大111 mg/g,比未添加污泥时提高了146%。活性炭对重金属Pb2+的吸附符合准二级动力学模型;Langmuir模型可以较好的描述污泥活性炭对Pb2+的吸附。活性炭去除Pb2+主要是通过表面碱性官能团作用、金属阳离子交换和表面沉淀。所以当污泥添加量增加时,活性炭表面的金属阳离子增加同时表面碱性官能团含量增加,促进了活性炭对重金属Pb2+的吸附。
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