基于化学活化法的污泥衍生吸附剂的制备及应用基础理论研究

论文题目: 基于化学活化法的污泥衍生吸附剂的制备及应用基础理论研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 环境工程

作者: 翟云波

导师: 魏先勋,曾光明

关键词: 污泥,化学活化法,热解,吸附剂,二氧化硫,吸附,金属离子

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文以城市污水生物法处理产生的剩余污泥为原料,针对传统污泥资源化利用过程中的缺点与弊端,采用化学活化方法对城市污水厂剩余污泥进行热解来获得多孔含炭吸附材料,对其制备过程中的相关问题进行了研究,将产生的污泥衍生多孔吸附材料应用到有害气体及废水的处理中,并对应用过程中的有关条件进行了详细研究,开拓出污泥资源化利用的又一新工艺。化学活化方法制备污泥衍生吸附材料中,化学活化药剂的选取是制备多孔吸附材料的关键因素。在磷酸、硫酸、ZnCl2及KOH四种活化药剂中,通过SBET面积、碘的吸附量和亚甲基兰吸附量作为衡量活化药剂性能的因素。实验结果表明,无论从SBET面积还是碘的吸附量以及亚甲基兰的吸附量,都可以看出,磷酸和ZnCl2作为活化药剂产生的污泥衍生吸附材料性能都明显的好于硫酸和KOH;然后结合磷酸和ZnCl2作为活化药剂的优缺点,最终确定采用ZnCl2作为活化药剂。然后,利用正交实验和单因素实验研究了ZnCl2作为活化药剂产生污泥衍生多孔吸附材料的有关影响因素,包括热解温度、热解停留时间及活化药剂的浓度。证明了活化药剂浓度为3mol/L、热解温度850℃及停留时间60min是最适宜制备污泥衍生多孔吸附材料的。并利用中心复合设计研究了热解停留时间和热解温度对吸附材料的特性参数的影响,证明了正交实验的正确性。活化药剂在污泥制备多孔吸附材料中的作用也通过热重分析进行了研究,研究结果表明,氯化锌对污泥原料中的有机质起润胀、胶溶以至溶解的作用。药液渗透到原料的内部,溶解有机质成分而形成孔隙,使原料中的氢、氧原子以水的形式分离出来,使更多的碳保留在原料中,提高了多孔吸附材料的产率。利用热分析仪研究了单纯污泥及经过ZnCl2活化的污泥在氮气气氛下的热解特性,并结合FTIR光谱对不同阶段的逸出气体进行了研究,实验发现,单纯污泥的热解有明显的3阶段反应,而ZnCl2活化的污泥热解存在明显的4阶段反应,其各个阶段产生逸出气体是不同的。并对污泥热解反应的机理进行了研究,同时利用微分法对污泥热解反应的机理函数进行了求解。材料的有关特性参数对材料的吸附性能有很大的影响。对污泥衍生材料的特性的进一步研究,发现材料无论从外观,形貌及表面酸碱特性都发生了很大的变化,这些参数的变化与热解温度有很大的关系,低温时材料的表面呈酸性,而高温时产生的材料表面呈碱性。另外,通过氮气的吸附可以证明污泥衍生材料的孔隙特性与热解温度、热解停留时间及活化药剂的浓度有很大的关系。通过孔径分

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 污泥的产生及其危害

1.1.1 污泥的形成和组成

1.1.2 污泥的环境问题

1.2 城市污泥的基本性质

1.2.1 城市污泥的物理性质

1.2.2 城市污泥的化学性质

1.3 污泥的常用处理、处置方法

1.3.1 传统污泥处置方法及其弊端

1.3.2 卫生填埋处理

1.3.3 污泥焚烧

1.3.4 海洋排放

1.3.5 土地利用与处理

1.4 污泥资源化利用状况

1.4.1 污泥资源化利用途径探讨

1.4.2 污泥热解制油技术

1.4.3 污泥堆肥技术

1.4.4 污泥合成燃料技术

1.4.5 利用污泥厌氧消化制沼气

1.4.6 污泥烧制建材

1.4.7 污泥制动物饲料

1.4.8 其它污泥的资源化技术

1.5 利用污泥制备吸附剂的研究进展

1.6 污泥衍生吸附剂应用状况进展

1.7 污泥衍生吸附剂制备的目的和意义

第2章吸附剂与吸附机理

2.1 吸附剂及其在环境工程中的应用

2.1.1 典型吸附剂介绍

2.1.2 新型吸附剂介绍

2.2 吸附机理

2.2.1 物理吸附与化学吸附

2.2.2 物理吸附力的本质

2.2.3 吸附平衡理论

2.2.4 BET多分子层吸附模型及吸附等温式

2.2.5 Dubinin和Radushkevich方程

2.2.6 Dubinin-Astakow方程

2.2.7 气体吸附的应用

第3章污泥衍生吸附剂制备

3.1 污泥衍生吸附剂制备的可行性分析

3.2 污泥衍生吸附剂制备方法比较研究

3.2.1 含碳材料制备活性炭方法

3.2.2 污泥制备含碳吸附剂的方法

3.3 实验部分

3.3.1 原材料

3.3.2 试剂与配制

3.3.3 仪器设备

3.3.4 吸附剂制备的方法与过程

3.3.5 氯化锌法活化条件的筛选

3.3.6 单因素实验

3.4 热解停留时间与热解温度对有关特性参数的影响模型研究

3.4.1 实验方法设计

3.4.2 实验结果与讨论

3.4.3 优化

3.4.4 小结

3.5 污泥热解制备多孔吸附材料中活化药剂的作用研究

3.5.1 氯化锌的浓度对多孔吸附材料的产量的影响

3.5.2 氯化锌在污泥热解制备的碳质多孔材料中的作用

3.6 本章小结

第4章污泥化学活化法制备多孔吸附材料的热解机理及特性研究

4.1 污泥热解概述

4.2 污泥的热解机理研究

4.2.1 污泥的热解处理的物性依据

4.2.2 单纯污泥热解机理研究

4.2.3 ZnCl_2活化污泥的热解机理研究

4.3 污泥的热解特性研究

4.3.1 污泥热解特性实验研究

4.3.2 氮气气氛下污泥热分析

4.4.氮气气氛下污泥热解反应动力学参数求解

4.4.1 热解反应动力学参数的求解原理

4.4.2 热解反应动力学参数的求解

4.5 本章小结

第5章污泥衍生吸附剂性能分析

5.1 污泥衍生吸附材料物理特性分析

5.1.1 外貌特性分析

5.1.2 化学组成分析

5.2 污泥衍生吸附剂的表面特性分析

5.2.1 S_(BET)表面积分析

5.2.2 表面官能团分析

5.2.3 pH值测定

5.3 污泥衍生吸附剂的结构特性分析

5.4 污泥衍生吸附剂的孔隙特性分析

5.4.1 不同条件下的吸附材料的N_2吸附等温线

5.4.2 孔径分布的分析

5.4.3 孔体积分布分析

5.5 本章小结

第6章污泥衍生吸附剂在低浓度二氧化硫治理中的应用

6.1 概述

6.1.1 二氧化硫排放概述

6.1.2 二氧化硫的治理现状

6.2 污泥衍生吸附剂脱除二氧化硫的研究

6.2.1 实验方案及装置

6.2.2 吸附实验方案

6.2.3 实验结果与讨论

6.3 二氧化硫吸附实验小结

6.4 污泥衍生吸附剂负载不同金属对二氧化硫的吸附作用研究

6.4.1 概述

6.4.2 实验准备

6.4.3 实验结果分析

6.4.4 本节结论

6.5 污泥衍生吸附剂吸附二氧化硫气体的吸附机理探讨

6.5.1 盐酸清洗后的污泥衍生吸附剂脱硫机理分析

6.5.2 污泥衍生吸附剂的脱硫机理研究

6.6 本章小结

第7章污泥衍生吸附剂在金属离子废水中的应用研究

7.1 含重金属废水处理方法

7.1.1 化学法

7.1.2 物理化学法

7.1.3 生物化学法

7.2 污泥衍生吸附剂对铅离子、铜离子的吸附实验

7.2.1 原料与实验仪器

7.2.2 实验方法

7.2.3 吸附实验

7.3 结果与讨论

7.3.1 正交试验结果

7.3.2 金属离子吸附的单因素实验结果

7.3.3 金属离子吸附等温模型

7.3.4 吸附机理初探

7.4 污泥衍生吸附剂对Cu~(2+)吸附动力学研究

7.4.1 吸附实验

7.4.2 污泥衍生吸附剂吸附Cu~(2+)的动力学方程

7.4.3 温度对污泥衍生吸附剂吸附Cu~(2+)动力学的影响

7.5 基于非线性拟合的污泥衍生吸附剂对铜子等温吸附特性研究

7.5.1 吸附实验

7.5.2 吸附模型

7.5.3 非线性拟合

7.5.4 非线性拟合与线性拟合的比较

7.6 本章小结

第8章污泥衍生吸附剂的应用前景及成本分析

8.1 工业应用前景展望

8.2 工业应用方案

8.3 成本分析

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读博士学位期间发表论文目录

附录B 回归方程程序

发布时间: 2005-09-27

参考文献

[1].A/O-MBR+O3溶胞组合工艺污泥减量及强化脱氮效能与机制研究[D]. 张健.哈尔滨工业大学2018
[2].农业场地地下水和污泥生态修复技术研究[D]. 安长伟.沈阳大学2018
[3].污泥堆肥改性黄土—马铃薯系统中磷、钾及重金属的迁移研究[D]. 刘铮.兰州大学2018
[4].焦化污泥热解资源化与废水处理能量当量建模及节能优化[D]. 周红桃.华南理工大学2018
[5].AB法A段处理城市污水效能与机理研究[D]. 周健.重庆大学2004
[6].土壤、作物及微生物对污泥施用及Pb、Cd污染的反应[D]. 谭启玲.华中农业大学2004
[7].城市污水污泥重金属去除与污泥农用资源化试验研究[D]. 王敦球.重庆大学2004
[8].污泥吸附剂的制备及应用研究[D]. 余兰兰.南京理工大学2006
[9].催化铁法与生物法耦合中胞内外聚合物的研究[D]. 葛利云.同济大学2007
[10].赤红壤坡地上污泥污染物随地表径流流失的研究[D]. 陈炎辉.福建农林大学2008

基于化学活化法的污泥衍生吸附剂的制备及应用基础理论研究

猜你喜欢