磷酸活化-微波熱解法制備污泥吸附劑及其吸附除鉻研究.pdf

1、本文以污水廠剩余污泥為原料,針對傳統(tǒng)污泥資源化利用過程中的缺點與弊端,采用磷酸活化一微波熱解法對剩余污泥進(jìn)行熱解而獲得污泥吸附劑,對其制備過程中的相關(guān)問題進(jìn)行了研究,將制備的污泥吸附劑應(yīng)用到重金屬鉻廢水的處理中,并對應(yīng)用過程中的有關(guān)條件進(jìn)行了詳細(xì)研究。
　　 以吸附劑碘值和Cr(VI)的吸附去除為考察指標(biāo),污泥分別在空氣和氮氣氛圍中制備吸附劑,通過試驗考察了各因素對其性能的影響變化,確定了最優(yōu)制備條件為微波功率550W,微波輻照

2、時間330s,磷酸濃度為40％及磷酸與污泥原料的液固比為2:1,空氣氛圍中制備的吸附劑SAA的性能要稍優(yōu)于氮氣氛圍中制備的吸附劑SAN,但前者的得率稍低于后者；通過電鏡掃描、EDAX表面元素分析、FTIR紅外光譜分析以及表面分析儀對最優(yōu)條件下制備的吸附劑進(jìn)行了表征,結(jié)果表明污泥吸附劑表面粗糙,孔隙結(jié)構(gòu)清晰可見,其表面元素主要為C,O,Si和P,FTIR.研究表明熱解后其表面在3420cm-1和1638 cm-1處出現(xiàn)羥基、羰基等酸性含氧

3、基團(tuán)的吸收峰；相比于原污泥,污泥吸附劑比表面積顯著增大,孔隙結(jié)構(gòu)以中孔為主。這些結(jié)構(gòu)和表面特性的改變都有利用污泥吸附劑在廢水處理中的應(yīng)用。
　　 通過小試搖床實驗考察了污泥吸附劑在不同條件下除Cr(VI)的效果:去除率隨pH值的降低、吸附劑投加量的增加而升高；初始Cr(VI)濃度由10mg/L增加到120mg/L時,SAA和SAN對鉻的去除率都比較高,前者的去除率由99.55％降至-85.13％,后者的去除率則由99.28％降至

4、78.28％；污泥吸附劑吸附Cr(VI)的過程分兩個階段:前10個小時為快速吸附階段,去除率隨吸附時間呈直線遞增關(guān)系；10h至120h屬于吸附中后期,吸附速率明顯減緩。
　　 動力學(xué)研究表明SAA吸附Cr(VI)宜用準(zhǔn)二級動力學(xué)模型擬合,隨著溫度的升高,初始吸附速率V0和準(zhǔn)二級反應(yīng)速率常數(shù)k2,均升高；三種溫度條件下(283K,293K,303K),SAA吸附除Cr(VI)等溫線宜用Langmuir型描述。熱力學(xué)研究表明SAA吸

5、附Cr(VI)是自發(fā)的吸熱反應(yīng)。隨著溫度升高,ΔG°絕對值增大,表明在高溫下該吸附反應(yīng)更易于進(jìn)行。SAA吸附Cr(VI)的活化能Ea為9.214kJ/mol,可以初步判定污泥吸附劑吸附Cr(VI)屬于化學(xué)吸附。
　　 污泥吸附劑除Cr(VI)的機(jī)理-為氧化還原作用,Cr(VI)在酸性條件下還原為Cr(Ⅲ)被離子交換而得以去除；二為表面配位作用,Cr(VI)陰離子團(tuán)與吸附劑表面的羥基配位而被吸附去除。實驗現(xiàn)象和表征結(jié)果可證明這一推