污泥包菜活性炭制备研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiemei2007126
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本论文以武汉市龙王嘴污水处理厂脱水污泥和蔬菜废弃物的混合物为基本原料,以氯化锌为活化剂制备活性炭,主要分为以下四部分。蔬菜废弃物优选实验。将脱水污泥与五种不同蔬菜废弃物原料按照相同比例分别混合,在相同的工艺条件制备活性炭,通过对比活性炭的产率及碘吸附值,结果证明废弃包菜为最佳的蔬菜废弃物添加原料。正交实验。选取氯化锌浓度、浸渍比、活化时间以及活化温度共四个影响因素进行正交实验,通过对活性炭产率、碘吸附值和比表面积三种评价指标进行极差分析与方差分析,确定活性炭最佳制备工艺参数为氯化锌浓度2mol/L、浸渍比1:2、活化时间0.5h、活化温度500℃。最佳活性炭制备分析实验。在最佳制备工艺参数下制备三个平行样活性炭:BS3-1、BS3-2、BS3-3,平均产率达到58.99%,平均碘吸附值为535.01mg/g,平均比表面积917.716m2/g,以碘吸附值最高且比表面积最大的BS3-2炭样为最佳活性炭,进行后续实验分析。热重/差热分析表明活化前后的样品的热解过程均存在三个阶段,即水分蒸发阶段,易挥发性有机物热解阶段,难挥发性有机物热解阶段;区别在于原料经过氯化锌活化后,热解初始温度降低;整个热解反应过程为放热反应,且样品经过活化后热解放热量最大。表面微观形貌(SEM)表征显示:炭化前的样品表面呈植物纤维状、光滑、具有一定的刚性;活性炭表面具有一定的孔结构,孔壁呈现棉花状的柔性结构。微晶结构(XRD)分析显示最佳活性炭是一种石墨化程度较高的非晶态无定型炭材料。表面化学特征(FTIR)分析显示:炭化前的活化物含有酸性官能团和碱性官能团,而炭化后的活性炭表面主要为酸性官能团。对最佳活性炭进行氮气吸脱附等温线分析,属于Ⅳ型等温线;最佳活性炭总孔体积为0.42568cm3/g,平均孔径5.36973nm,中孔体积占总孔体积的91.70%,实验制备的产品为中孔活性炭。最佳活性炭液相吸附应用实验。结果证明:活性炭投加1.2g,吸附时间60min,溶液pH为8时,活性炭对COD的去除率最高,达到85.61%。拟合其吸附等温线方程,结果表明Langmuir模型拟合度较好,相关系数较大。
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