污泥活性炭的制備及其對鉛鎘的吸附研究.pdf

1、城市污泥是富含有機物的碳質(zhì)材料，將其制備成活性炭，既解決污泥的處置問題，又生成高效、廉價的吸附劑，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)理念。本文以城市污水廠污泥為原料，采用化學(xué)活化法制取活性炭，并用其對鉛鎘的吸附進(jìn)行研究，實現(xiàn)以廢治廢，結(jié)論如下： (1)采用國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對污水廠污泥檢測分析表明：獵德污水廠污泥以揮發(fā)性有機物為主，揮發(fā)份達(dá)64.86％，可作為制備活性炭的主要原料。 (2)污泥不加添加劑，硫酸和氯化鋅的濃度均為4

2、mol·L-1，體積比為2：1，制得的活性炭有最大的碘吸附值549.6 mg·g-1和得率51.3％，此即為純污泥制備的較優(yōu)炭樣，記為SAC。 (3)添加8％的花生殼，污泥活性炭的碘值達(dá)789.6 mg·g-1，記為PAC；通過單因素實驗，得到制炭最優(yōu)條件為熱解溫度600℃，活化劑濃度4 mol·L-1，熱解時間1.5h，固液比1：2.5；正交實驗得知各因素的影響大小為：熱解溫度>為活化劑濃度>熱解時間>固液比。 (4)

3、 PAC主要性能基本等同8818型活性炭；污泥活性炭浸出液中重金屬的濃度均合格；與國內(nèi)外研究報道性能比較表明，PAC品質(zhì)居于中上水平。 (5)比表面積及孔徑分布可知：和SAC相比，PAC比表面積較大，達(dá)636.8㎡·g-1，以中孔為主，也含有一定的微孔，吸附/脫附等溫線表明PAC是具有平行壁狹縫狀細(xì)孔結(jié)構(gòu)的活性炭；SEM電鏡分析表明：商品活性碳表面孔隙為微孔，且較為均勻，而SAC、PAC表面表面呈現(xiàn)不規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)；XRD分析：

4、商品活性碳為無定型碳，SAC和PAC均為六方晶形結(jié)構(gòu)的微晶碳；紅外分析：污泥活性炭PAC可能含有—OH、C—OH及C=O等官能團(tuán)。 (6)污泥活性炭吸附鉛實驗表明：在pH=5.0時，有最大吸附量；溫度升高，SAC和PAC吸附鉛容量均降低；飽和前隨著溶液起始濃度的增加，SAC和PAC吸附容量都有所增加；隨著投加量增加，PAC吸附容量逐漸減少，去除率隨之增加；吸附過程在40 min左右達(dá)到吸附平衡。PAC的△H是-19.68kJ·m

5、ol-1，表明PAC吸附鉛過程是放熱反應(yīng)；△S為負(fù)值，說明鉛離子吸附于活性炭表面過程自發(fā)性隨著溫度的升高而降低；PAC各個溫度下的△G均為負(fù)值，表明吸附過程可以自發(fā)進(jìn)行。SAC和PAC都更符合Langmuir等溫吸附規(guī)律，得到的理論最大吸附量與實測結(jié)果接近。PAC對鉛的吸附，二級動力學(xué)方程擬合程度較高，顆粒內(nèi)擴(kuò)散過程不是吸附速率的控制步驟。 (7)改性污泥活性炭PACO吸附鎘實驗表明：在pH=2～7范圍內(nèi)，PACO鎘吸附量隨pH

6、值增大而增大，但過高的pH值，OH—會與金屬離子作用，所以吸附pH值定為6；隨著溫度的升高PACO對鎘的吸附容量出現(xiàn)先減小后增大的現(xiàn)象；飽和前同一溫度下PACO的吸附容量隨初始濃度的提高而提高；PACO吸附在800min左右基本可以達(dá)到平衡；離子強度對于PACO吸附鎘有一定的阻礙作用。PACO的△H是—35.60 kj·mol-1，說明吸附過程放熱。PACO吸附Langmuir方程擬合效果好于Freundlich方程。二級反應(yīng)方程可較好