载苯酚活性炭的微波法再生试验研究

论文摘要

本论文以活性炭的微波再生法为研究对象,首先从直接微波法（GACM法）、载N2微波法（GACN2-M法）和载CO2微波法(GACCO2-M法)三种不同的微波再生活性炭方法入手,考察了微波多次再生活性炭的可行性;其次分别探讨了GACN2-M法和GACCO2-M法再生活性炭的影响因素和最佳再生条件及多次再生活性炭的效果;最后采用一系列先进的分析测试方法分析了活性炭的微波再生机理,从而为微波再生活性炭工艺提供一定的参考和依据。研究结果表明,GACM法多次再生活性炭效果不佳,GACN2-M法再生活性炭的效果优于GACCO2-M法,是本论文推荐的微波多次再生活性炭方法。影响微波法再生活性炭因素最大的是微波功率和辐照时间,其次是活性炭用量和载气流量,含水量的影响较小,因此活性炭再生前可不进行烘干而直接再生饱和湿活性炭,简化了微波法再生活性炭工艺。GACN2-M法再生活性炭的费用是GACCO2-M法再生活性炭费用的2.1倍,但多次再生效果明显优于GACCO2-M法,故在实际工程中采用GACN2-M法多次再生活性炭较理想。通过SEM扫描电镜、EDX表面元素分析、BET比表面分析仪研究结果表明, GACN2-M法再生后活性炭表面变得粗糙,出现了明显的裂纹,许多闭塞的孔被打开,并向里延伸,活性炭平均孔径增大,一定比例的中孔有利于增加活性炭对苯酚的吸附量。GACCO2-M法再生后活性炭表面并没有出现大量微孔结构,炭量损失严重,微孔数量减少,比表面积相应减少,苯酚吸附量降低。GACN2-M法再生后活性炭的C元素含量略有上升,O元素含量减少;GACCO2-M法再生后,活性炭中C元素含量减少,O元素含量略有增加。Boehm滴定、PZC零电荷点测定结果表明,经微波再生后,活性炭表面酸性基团逐渐减少,碱性基团逐渐增加,有利于以疏水性和弱酸性为主的苯酚的吸附。GC/MS气质联用仪及苯酚去向和物料衡算结果表明,微波再生活性炭过程中苯酚缩合产物繁多,主要有二苯并呋喃、萘、二苯醚等,但含量较少;在氮气流量0.1m3/h下,经700W微波辐照30min再生一次后苯酚的挥发量占其吸附总量的48.64%,高温裂解、缩合、氧化、炭化的苯酚量占51.36%,再生后活性炭上无残留苯酚存在,说明活性炭的微波再生法不仅能有效再生活性炭,而且还是去除有机污染物的有效方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 活性炭及其应用
• 1.1.1 活性炭的性质
• 1.1.2 活性炭的活化、改性与再生
• 1.1.3 活性炭在水处理中的应用及展望
• 1.2 微波及其应用
• 1.2.1 微波的性质
• 1.2.2 微波加热的基本原理和优点
• 1.2.3 微波在环境工程中的应用与发展
• 1.3 苯酚及其废水的治理方法
• 1.3.1 苯酚的性质
• 1.3.2 苯酚废水的危害
• 1.3.3 苯酚废水的治理方法
• 1.4 课题研究的内容与意义
• 1.4.1 课题研究的来源
• 1.4.2 课题研究的内容与意义
• 1.4.3 创新点
• 1.4.4 技术路线
• 第2章 微波法多次再生活性炭的可行性试验
• 2.1 实验分析方法
• 2.1.1 主要实验仪器与试剂
• 2.1.2 原炭及高浓度苯酚废水的制备
• 2.1.3 实验分析方法
• 2.1.4 实验装置图
• 2.1.5 实验步骤
• 2.2 直接微波法多次再生活性炭可行性试验
• 2.2.1 实验现象及解释
• 2.2.2 实验结果及分析
• 2.3 载气微波法多次再生活性炭可行性试验
• 2.3.1 载氮气微波法再生活性炭实验现象、结果及分析
• 2.3.2 载二氧化碳微波法再生活性炭可行性初步探索
• 2.4 本章小结
• 第3章 载氮气微波法再生载苯酚活性炭试验
• 3.1 单因素实验
• 3.1.1 活性炭用量的影响
• 3.1.2 微波功率的影响
• 3.1.3 辐照时间的影响
• 3.1.4 含水量的影响
• 3.1.5 氮气流量的影响
• 3.2 正交实验
• 3.3 载氮气微波法最佳再生条件下的多次再生
• 3.4 本章小结
• 第4章 载二氧化碳微波法再生载苯酚活性炭试验
• 4.1 单因素实验
• 4.1.1 辐照时间的影响
• 4.1.2 二氧化碳气体流量的影响
• 4.1.3 微波功率的影响
• 4.2 正交实验
• 4.3 载二氧化碳微波法最佳再生条件下的多次再生
• 4.4 本章小结
• 第5章 微波再生活性炭机理及经济比较
• 5.1 活性炭孔隙结构与除污机理的关系
• 5.1.1 电镜扫描及表面元素分析
• 5.1.2 比表面积测定
• 5.2 活性炭表面化学结构与除污机理的关系
• 5.2.1 Boehm 滴定
• 5.2.2 零电荷点分析
• 5.2.3 测定结果与分析
• 5.3 再生尾气的气-质联用分析
• 5.3.1 检测仪器与方法
• 5.3.2 检测结果与分析
• 5.4 苯酚去向分析及物料衡算
• 5.5 不同微波法加热再生活性炭的经济比较
• 5.5.1 载氮气微波法再生活性炭的费用计算
• 5.5.2 载二氧化碳微波法再生活性炭的费用计算
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢