含油污泥热解残渣基材料的制备及吸附性能研究

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含油污泥是石油开采、运输、炼制及含油废水处理过程中产生的一种成分复杂、难处理的含油危险废弃物,具有稳定性强、含油率及含水率变化较大等特征,已被诸多国家或地区列入危险废弃物名录,对其进行无害化处理、资源化应用已经成为石油工业环境保护重点关注的内容之一。本文以陕北某油田含油污泥为研究对象,探究了热解条件对残渣孔隙结构的影响,并采用超声浸渍法和化学活化法制备了TiO2/残渣、活化残渣、TiO2/残渣(活化)等残渣基材料,研究了残渣基材料对亚甲基蓝溶液和含油废水的吸附机理。(1)在含油污泥热解温度为550℃,热解时间为1.5 h时,残渣对亚甲基蓝溶液的吸附量为10.00 mg/g,此条件下残渣的总比表面积为21.3898 m~2/g。(2)通过超声浸渍法将TiO2负载到残渣表面,获得了最佳制备工艺:m(TiO2):m(残渣)为0.3:1、TiO2/残渣(超声波清洗机)浸渍时间为70 min。通过对TiO2/残渣进行结构表征可知,TiO2/残渣的主要物相结构是Si O2,含有部分锐钛矿相,衍射峰尖锐,晶型完整;残渣主要含有醇和酚羟基及-NH和-NH2、酯类的-C=O和苯环上的-C=C-、C-O-C和C=O、Si-O-C或Si-O-Si等官能团,与残渣相比,TiO2/残渣在874~471 cm-1之间出现的吸收峰强度均有一定程度的减弱,可能归因于部分Si-O-C或Si-O-Si转化为了Si-O-Ti;TiO2/残渣(超声波清洗机)的比表面积提高至39.3630 m~2/g,近似残渣比表面积的2倍。(3)以H2SO4、H3PO4、Na OH、KOH、Zn Cl2和Zn(NO3)2为活化剂制备活化残渣,以H2SO4和H3PO4为活化剂制备活化残渣的活化工艺有8种,以Na OH、KOH、Zn Cl2和Zn(NO3)2为活化剂制备活化残渣的活化工艺有5种,其中I1-2(H2SO4)对亚甲基蓝溶液的吸附效果最好,I1-2(H2SO4)最佳工艺流程中:活化时间为18 h、硫酸浓度为3.68 mol/L。并以活化残渣(H2SO4)为基体材料,采用TiO2/残渣的最佳工艺流程,将TiO2负载在活化残渣(H2SO4)表面,获得TiO2/残渣(活化)。通过对H-P(Zn Cl2)、I4(Na OH)、I4(KOH)、I2-2(H3PO4)、活化残渣(H2SO4)及TiO2/残渣(活化)进行结构表征可知,活化残渣的C/H比大幅度提高,但碳元素含量却均从84.17%降至4%左右,可推断活化剂在活化残渣的制备过程中脱氢作用较为明显,说明C元素并没有以碳氢化合物的形式流失,且活化残渣物相结构的结晶度有提高,活化残渣(H2SO4)比表面积值最大,其数值为63.1168m~2/g,近似残渣比表面积的3倍。(4)残渣基材料在吸附亚甲基蓝溶液的过程中最佳吸附条件为,p H值为8.0,残渣基材料投加量为0.1 g,此条件下残渣基材料对亚甲基蓝溶液的吸附过程均更符合二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型;热解残渣、TiO2/残渣、活化残渣和TiO2/残渣(活化)的最佳吸附次数均为3次。残渣基材料在吸附含油废水的过程中最佳吸附条件为,最佳吸附剂投加量为0.14 g,此条件下残渣基材料对含油废水的吸附过程均更符合二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型;活化残渣和TiO2/残渣(活化)的最佳再生次数是3次,残渣和TiO2/残渣的最佳吸附次数是2次。
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