Fenton强化污泥基活性炭的制备及其应用

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随着污泥产量的增加和处理难度的加大,污泥的资源化利用越来越成为污泥的主要处理方式。其中污泥制备吸附剂是一项很有前景的方法,但利用剩余污泥制备活性炭的传统方法存在活化剂利用不充分、活性炭应用效果不佳等缺点。Fenton试剂广泛应用于污泥的调理,本论文采用Fenton活化法制备污泥基活性炭,得出制备最佳性能的污泥基活性炭的条件,阐述Fenton试剂活化污泥制备活性炭的过程和机理。将制备的污泥基活性炭应用于染料废水的处理和H2S的削减。主要研究结果如下:(1)确定了利用Fenton反应制备污泥活性炭的最佳制备条件:H2O2投加量为5%,H2O2与FeSO4·7H2O投加比为5:1,活化初始pH值为3,活化时间2h,污泥含固率1.0%,炭化温度为600℃,炭化时间为2.0h,炭化升温速率为10℃/min。在最佳制备条件下得到的污泥基活性炭产率为35.7%,碘吸附值为347mg/g,BET比表面积253m2/g,总孔容为0.184cm3/g,其中微孔率42%。Fenton试剂对污泥的活化是由于其在适宜的pH条件下产生的羟基自由基等基团能够破坏污泥中的微生物细胞,将污泥中的各种大分子有机物和难降解物质氧化成一些小分子物质。在炭化过程中彻底分解为二氧化碳和水蒸气等气体组分,在污泥炭表面形成大量的孔隙结构,同时活化后的污泥炭前驱体中的铁氧化物能够在高温下与C反应,释放出CO2气体,对污泥基活性炭中微孔的形成具有很大贡献。(2)经Fenton活化制备的污泥基活性炭对亚甲基蓝染料和甲基橙染料的饱和吸附量分别为67.3mg/g和46.1mg/g。污泥基活性炭对阴离子染料的吸附性能优于阳离子染料。通过对染料吸附的等温线和热力学研究表明,两种染料在活性炭上的吸附均是吸热过程,染料的吸附反应是自发进行,是典型的物理吸附过程。吸附过程符合伪二级动力学模型,主要控速步骤是外部液面扩散和界面层中间的扩散。(3)利用污泥基活性炭作催化剂降解亚甲基蓝,催化剂投加剂量为1.5g/L,H2O2投加量为25mM,初始pH为5,反应温度45℃时亚甲基蓝和TOC的去除率最高,分别为98.6%和68.3%。在降解过程中,羟基自由基是溶液中降解亚甲基蓝的主要物质。污泥载体上的铁氧化物与溶液中H2O2形成FeH2O2配合物,并通过分子内电子转移产生HO·并进攻吸附在炭基表面及附近溶液相中的亚甲基蓝,晶格中被氧化的Fe在H2O2和炭载体的作用下还原成Fe。(4)污泥基活性炭对H2S的去除率随着活性炭量的增大而增加,反应5天时10g污泥基活性炭对H2S的去除率为44.2%。将活性污泥、覆盖土、矿化垃圾与活性炭混合组成复合材料,实验表明,添加矿化垃圾对H2S的去除效果最好。矿化垃圾与活性炭的比值为7:3时,总H2S去除率为78.7%。温度35℃时,H2S的去除效果最佳。(5)复合材料中污泥基活性炭的微孔率可达47%,能够有效的实现对H2S的吸附,污泥基活性炭中的Fe元素在高温条件下与Ca形成以Ca2Fe2O5为主的晶体结构,能够参与H2S的氧化还原反应,对H2S去除有很大贡献。
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