污泥活性炭的优化制备及改性吸附Cr6+的研究

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随着我国的污水处理产业的快速发展,污泥的产量也迅速增加,污泥随意堆放所造成的污染问题已日益突出,污泥的资源化也受到广泛关注。  本研究将污泥用于制备污泥基活性炭,对最优制备条件下的污泥活性炭进行表面化学改性研究,探讨表面改性对活性炭理化性质的影响,最后对其吸附六价铬离子的吸附性能进行研究。  在本实验前期研究的基础上,以纯污泥为原材料,通过正交实验和单因素分析方法,得出优化制备污泥活性炭的最佳工艺条件:碳化温度为300℃,碳化时间为60 min,活化温度为450℃,活化时间为30min。在此条件下制备出的污泥活性炭碘吸附值最大,为472.4 mg/g。为进一步提高活性炭的吸附性能,增加表面活性基团的含量,研究对最佳工艺条件下的污泥活性炭进行改性处理。选用硫酸、硝酸和双氧水三种改性溶液对污泥活性炭进行表面改性处理,并应用于六价铬离子废水的吸附研究。结果表明:污泥活性炭在1∶5硫酸溶液改性2h的条件下改性处理后,对六价铬离子吸附容量最大,为9.44 mg/g,较原污泥活性炭的平衡吸附容量6.17 mg/g提高了53%。  通过扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析(BET)、EDS能谱分析、傅里叶红外光谱(FT-IR)和Boehm表面酸碱基团的测定,对改性前后活性炭表面物化性质进行分析与表征。研究发现,改性后污泥活性炭的表面堆积结构较原活性炭更为松散蓬松,有较多不同形状、不同大小的凹槽和孔隙,表面的复杂程度提高,且表面酸性官能团含量大大增加,碱性基团含量大幅减少,有利于六价铬离子的吸附。对活性炭吸附六价铬离子的吸附过程用等温吸附模型和吸附动力学进行分析。结果表明,该吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,模拟理论最大吸附量为9.81 mg/g,吸附动力学过程符合准二级动力学模型。
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