废旧布袋活性炭的制备及其在印染废水深度处理研究

摘要

废旧除尘布袋是废气除尘过程中产生的固体废物，主要是由高碳含量、低生物降解性的合成化学纤维组成，具有制备活性炭的基本条件。活性炭由于操作简单、吸附性能好，被广泛应用于制药、印染等化工行业的废气、废水深度处理。印染行业是我国工业废水的排水大户，通常印染废水都会经过活性炭等深度处理后才能达到回用或更严格的排放标准。本文将废旧除尘布袋制备成活性炭，并应用于印染废水深度处理，研究废旧布袋活性炭(WFBAC)对苯胺的吸附性能，并与商业活性炭进行对比研究。
　　本文以东莞市某家具厂废旧除尘布袋为研究对象，对其进行工业分析及元素分析。结果表明:废旧除尘布袋的挥发分含量高达87.57％，碳元素含量达62.20％，固定碳含量为9.55％。
　　以废旧除尘布袋为原料，NaOH为活化剂，通过单因素和响应曲面实验，确定WFBAC最佳制备工艺条件。考察了炭碱质量比、活化剂选择、活化温度、活化速率和炭化温度对WFBAC吸附性能（碘吸附值和苯胺吸附值）及产率的影响。单因素的结果显示，WFBAC的最佳工艺条件为:炭化时间2h，NaOH活化，炭碱质量比1∶2,活化温度600℃，活化速率8℃/min。响应曲面结果表明，最佳的WFBAC制备条件为:活化温度621.56℃，升温速率8.39℃/min，炭碱质量比0.71,此时碘值为834.14mg/g，苯胺吸附值369.97μg/g，产率30.77％。
　　采用红外光谱分析仪对WFBAC表面光能团进行分析，结果表明活化后的炭化布袋酸性基团振动弱化，碱性基团振动加强，WFBAC对苯胺的吸附能力强于炭化布袋。SEM扫描电镜结果分析表明，WFBAC表面膨松，且布满了不同孔径的孔结构。
　　利用WFBAC吸附含有苯胺的印染废水，并与商业活性炭进行比较;同时研究WFBAC对苯胺的动力学、热力学吸附。吸附试验表明，苯胺浓度为0.104mg/L，吸附温度为30℃的条件下，WFBAC对苯胺的去除率高达94％，商业活性炭为87％;伪二级动力学模式(R2＞0.986)更适合描述苯胺动力学吸附;Langmuir模式适合苯胺吸附热力学的描述。在吸附时间为10min之前，WFBAC对苯胺的吸附以粒内扩散为主，当时间大于10min时，则以膜扩散和内扩散为主。
　　利用WFBAC对印染废水进行深度处理，考察了吸附时间、WFBAC用量和吸附温度对印染废水尾水CODcr和TOC去除的影响;同时对印染废水中CODcr的吸附动力学进行了研究。结果表明:当吸附时间2h、WFBAC用量1.0g/L、吸附温度为30℃时，CODcr和TOC的去除率分别达到77％和74％，比同等条件下CAC对印染废水尾水CODcr去除率高24.19％。WFBAC对CODcr的吸附符合准二级动力学方程(R2＞0.99)。吸附速率在前30min由颗粒内扩散主导，30min之后则以膜扩散为主。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 布袋的研究进展及WFBs的现状研究

1．2．1 布袋的研究进展

1．2．2 WFBs的产生和处置现状

1．2．3 纺织固体废物的国内外研究现状

1．3 AC的制备及在废水处理中的应用

1．3．1 AC制备的国内外研究现状

1．3．2 固体废物制备AC的国内外研究现状

1．3．3 WFBs制备AC的可行性

1．3．4 AC在印染废水处理中的应用

1．4 研究目的及主要研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容和技术路线

1．5 本论文创新性

第二章 实验原料与实验方法

2．1 样品来源及预处理

2．2 实验试剂及仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 WFBAC的制备及性能检测

2．3．1 WFBAC的制备

2．3．2 CCD响应曲面法优化AC制备条件

2．3．3 WFBAC性质分析

2．4 WFBAC在印染废水中的应用

2．4．1 苯胺的检测

2．4．2 苯胺的动力学吸附实验

2．4．3 苯胺的等温平衡吸附实验

2．4．4 CODcr和TOC的检测

第三章 WFBs基本性质及WFBAC的制备

3．1 WFBs的基本性质

3．2 单因素实验

3．2．1 炭化时间对WFBAC吸附性能和产率的影响

3．2．2 活化剂对WFBAC吸附性能和产率的影响

3．2．3 活化条件对WFBAC吸附性能和产率的影响

3．3 响应曲面优化WFBAC制备参数

3．3．1 响应曲面试验设计

3．3．2 响应曲面试验结果分析

3．4 最优工艺下WFBAC的表征

3．4．1 FT-IR红外分析

3．4．2 SEM扫描电镜分析

3．4．3 比表面积

3．5 本章小结

第四章 WFBAC吸附印染废水中的苯胺试验研究

4．1 对比CAC与WFBAC对苯胺吸附值性能

4．2 苯胺吸附最佳条件试验

4．2．1 吸附温度的影响

4．2．2 吸附剂添加量的影响

4．2．3 吸附时间的影响

4．3 WFBAC吸附苯胺的动力学研究

4．4 WFBAC吸附苯胺的热力学研究

4．5 WFBAC吸附苯胺的热力学参数

4．6 本章小结

第五章 WFBAC深度处理印染废水尾水研究

5．1 时间对CODer 和TOC的吸附影响

5．2 AC用量对CODer和TOC的吸附影响

5．3 吸附温度对CODer和TOC的吸附影响

5．4 吸附动力学分析

5．5 本章小结

结论与展望

1 结论

2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢