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负载型含碳吸附剂的制备及应用研究

作　者: 聂培星
导　师: 杨伏生
学　校: 西安科技大学
专　业: 化学工艺
关键词: 污泥吸附剂微波催化活化重金属
分类号: TQ424
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

污水处理厂在处理污水同时会产生大量的污泥，污泥中含有大量有机物，还含有重金属、病源微生物和寄生虫卵等，对其进行材料化利用，可充分利用污泥中有用成分，避免二次污染，是今后污泥处置的最终途径。与传统的马弗炉加热法相比，微波诱导热解制备含碳吸附剂技术具有高效、快速、设备简单等优点，用该法制备的吸附剂对染料废水有着很好的处理效果，具有很好的应用前景。论文以西安北石桥污水处理厂剩余污泥作为原料，H2SO4、ZnCl2、NaOH、H3PO4为活化剂，采用微波加热法制备吸附剂，借助碘吸附值测试，优选出该含碳吸附剂的活化剂及制备工艺条件。结果表明：NaOH是较理想的活化剂，在微波功率560W，微波时间3min，活化剂浓度40%，固液比为1:1.5时制备的吸附剂碘值为360.43mg/g。以Cu(NO3)2和Fe(NO3)3为浸渍液，采用马弗炉活化和微波辐照活化，对含碳吸附剂进一步处理，制备负载型含碳吸附剂，考察了浸渍液浓度、干燥时间、微波功率（焙烧温度）和辐照时间（焙烧时间）对负载型含碳吸附剂亚甲基蓝吸附值的影响，探讨了负载型含碳吸附剂制备的最佳工艺条件，借助电感耦合等离子发射光谱（ICP）、扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR)、比表面积及孔结构分析、热重分析（TGA）、紫外可见分光光谱测试，对负载型含碳吸附剂进行了性能表征，考察其对甲基模拟废水脱色率和地层采出水COD去除率，以及吸附动力学。结果表明微波法制备的负载型吸附剂对亚甲基蓝的脱色效果较好，负载铜时干燥时间6h，浸渍液18mL，微波功率480W，辐照3min，亚甲基蓝值为57.23mg/g，微孔率17.79%，甲基橙去除率率60.33%，采出水COD的去除率51.23%。负载铁时浸渍液20mL，微波功率640W，辐照1min，对应的亚甲基蓝值56.15mg/g，微孔率19.82%，甲基橙去除率率68.12%，采出水COD的去除率55.32%，负载型吸附剂吸附规律符合Langmuir等温方程和Freundlich等温方程。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-5
目录  5-8
1 绪论  8-19
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 污泥的特性、危害及资源化利用  9-12
    1.2.1 污泥的特性  9-10
    1.2.2 污泥的危害  10
    1.2.3 污泥的资源化利用  10-12
  1.3 活性炭的表面改性  12-13
    1.3.1 活性炭的表面官能团  12-13
    1.3.2 活性炭的表面改性技术  13
  1.4 负载型含碳吸附剂的制备  13-17
    1.4.1 污泥制备含碳吸附剂工艺  13-15
    1.4.2 微波辐照条件下污泥制备含碳吸附剂的现状  15-16
    1.4.3 污泥含碳吸附剂在水处理过程中的应用现状  16-17
  1.5 课题的研究意义及内容  17-18
    1.5.1 课题的研究意义  17
    1.5.2 课题的研究内容  17-18
  1.6 技术路线  18-19
2 实验药品、仪器及测试方法  19-27
  2.1 实验原料  19-21
    2.1.1 实验主要原料及药品  19-20
    2.1.2 主要实验设备和测试仪器  20-21
  2.2 污泥活化吸附剂的制备  21
    2.2.1 污泥的预处理  21
    2.2.2 活化剂的优选  21
  2.3 负载型含碳吸附剂的制备方法  21-22
    2.3.1 微波法  21
    2.3.2 马弗炉法  21-22
  2.4 污泥中重金属形态分布与可浸出性研究  22-23
    2.4.1 Tessier 五步提取法  22
    2.4.2 污泥中重金属形态分布与可浸出性进行研究  22-23
  2.5 含碳吸附剂的表征方法  23-25
    2.5.1 碘吸附值测定  23
    2.5.2 亚甲基蓝值的测定  23-24
    2.5.3 扫描电子显微镜（SEM）分析  24
    2.5.4 比表面积和孔结构  24
    2.5.5 红外光谱分析  24
    2.5.6 热重分析  24-25
    2.5.7 重金属含量分析  25
  2.6 负载型吸附剂处理废水研究  25-27
    2.6.1 负载型吸附剂处理甲基橙废水研究  25
    2.6.2 负载性吸附剂处理废水中 COD 研究  25-27
3 负载型含碳吸附剂的制备研究  27-41
  3.1 活化剂的优选  27-31
    3.1.1 活化剂的影响  27-28
    3.1.2 微波功率的影响  28
    3.1.3 固液比的影响  28-29
    3.1.4 活化剂浓度的影响  29-30
    3.1.5 正交优化实验  30-31
  3.2 负载型含碳吸附剂的制备  31-39
    3.2.1 微波法  32-36
    3.2.2 马弗炉法  36-39
  3.3 本章小结  39-41
4 负载型含碳吸附剂的性能表征  41-48
  4.1 扫描电子显微镜（SEM）分析  41-42
  4.2 热重分析  42-44
  4.3 比表面积和孔结构  44-46
  4.4 负载型吸附剂红外光谱图  46-47
  4.5 本章小结  47-48
5 污泥中重金属形态分布与可浸出性研究  48-56
  5.1 重金属形态分布分析  48-52
  5.2 重金属离子的浸出性检测  52-54
  5.3 负载性吸附剂重金属含量分析  54-55
  5.4 本章小结  55-56
6 负载型吸附剂的应用研究  56-69
  6.1 含碳吸附剂处理甲基橙模拟废水研究  56-63
    6.1.1 甲基橙的标准曲线  56-57
    6.1.2 不同吸附剂对甲基橙去除率的影响  57-58
    6.1.3 微波功率对甲基橙去除效果的影响  58-59
    6.1.4 吸附剂用量对甲基橙去除效果的影响  59-60
    6.1.5 pH 对甲基橙脱色率的影响  60-61
    6.1.6 含碳吸附剂微波诱导处理甲基橙废水的动力学  61-63
  6.2 负载型含碳吸附剂处理废水中 COD 研究  63-68
    6.2.1 pH 值的影响  63-64
    6.2.2 震荡时间的影响  64-65
    6.2.3 震荡温度的影响  65
    6.2.4 吸附剂加量的影响  65-66
    6.2.5 吸附等温方程  66-68
  6.3 本章小结  68-69
结论  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-73

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