典型有机污染物的活性炭吸附/微波再生方法与特性

摘要

本论文采用一种新工艺——颗粒活性炭吸附/微波辐照再生结合工艺,用于处理水中的典型有机污染物五氯酚和酸性橙Ⅱ染料.核心思想是充分利用活性炭的两个主要特性:一是对水中的有机污染物具有极强的吸附能力,可将绝大部分有机物吸附到其表面和内部孔隙中;二是极强的吸收微波的能力,在适当功率的微波辐照下,活性炭在微波场中迅速升温,几分钟内其温度可上升至1000℃以上,实现对吸附其上有机物的解吸、分解和炭化.主要开展了以下几个方面的工作:采用铠装K-型热电偶测定了颗粒活性炭在微波场中的升温过程.发现微波功率、活性炭性质和湿度是决定活性炭升温速率的主要因素.利用活性炭与微波的这种作用特性,以微波为热源,制备了活性炭为载体的铜催化剂.对新活性炭和载铜活性炭进行了X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、碘吸附值和五氯酚吸附等温线的表征.在新活性炭和载铜活性炭上进行了五氯酚分解实验.首先将水中的五氯酚吸附到活性炭上,然后将吸附五氯酚的活性炭置于石英反应器中用微波辐照.结果表明,在850 W微波辐照10 min后,吸附在新活性炭上的五氯酚绝大部分被彻底分解或炭化,只有很少的一部分(<2％)被解吸或转化为中间产物.在载铜活性炭上,五氯酚的分解速率更快,但产生的中间产物稍多一些.采用GC/MS进行了产物鉴定,并据此推断了降解机理.同时考察了微波对活性炭的再生作用.经过7次活性炭吸附/微波再生循环后,通过对BET比表面积和孔分布、碘吸附值和五氯酚吸附等温线等参数表征,发现活性炭的吸附能力仍保持在较高的水平,甚至高于新活性炭.本论文还考察了微波对吸附饱和偶氮染料酸性橙Ⅱ的三种颗粒活性炭的再生作用.三种活性炭的材质分别为椰壳、杏核和煤.活性炭对酸性橙Ⅱ的吸附在连续流动吸附柱中进行.吸附饱和的活性炭干燥后置于石英反应器中,850W微波辐照5 min.通过测定连续吸附/再生循环过程中活性炭对酸性橙Ⅱ的吸附速率和吸附量分析此方法的效率,发现经多次吸附/再生循环后,二者均保持在较高的水平.考察了微波再生对活性炭表面物理和化学特性及对酸性橙Ⅱ吸附能力的影响,确认活性炭吸附性能的改善是由于微波对其孔尺寸分布和表面化学特性修饰的结果.

目录

文摘

英文文摘

前言

1相关领域国内外研究进展

1.1难降解有机物的存在与危害

1.1.1难降解有机物的定义

1.1.2难降解有机物的种类及危害

1.1.3难降解有机物的处理技术

1.2五氯酚的研究进展

1.2.1五氯酚的性质与应用

1.2.2 PCP对生物体的影响

1.2.3 PCP对人体的影响

1.2.4水中PCP的处理方法

1.3偶氮染料的使用及其废水处理技术

1.3.1偶氮染料的使用现状

1.3.2偶氮染料废水的处理技术

1.4活性炭在水处理中的应用与再生

1.4.1活性炭在水处理中的应用

1.4.2活性炭的再生

1.5微波加热基础理论与应用

1.5.1微波与材料的相互作用

1.5.2微波加热原理

1.5.3微波加热与常规加热的区别及其特点

1.5.4现代微波加热应用

1.6存在的问题及本论文的研究思路

参考文献

2研究意义、目的与研究内容

2.1研究背景和研究意义

2.2研究目的

2.3研究内容

3活性炭在微波场中升温过程的测定和活性炭为载体的铜催化剂的微波法制备与表征

3.1引言

3.2反应器的设计与加工

3.3微波辐照分解再生装置

3.4实验用活性炭材料

3.5颗粒活性炭在微波场中的升温过程

3.5.1不同功率条件下煤质颗粒活性炭在微波场中的升温过程

3.5.2不同活性炭用量条件下煤质炭在微波场中的升温过程

3.5.3不同活性炭湿度条件下煤质炭在微波场中的升温过程

3.5.4不同颗粒大小条件下煤质炭在微波场中的升温过程

3.5.5三种不同材质的活性炭在微波场中的升温过程

3.6活性炭为载体的铜催化剂的微波法制备与表征

3.6.1催化剂的制备与表征方法

3.6.2催化剂的表征结果

3.7小结

参考文献

4颗粒活性炭吸附/微波辐照再生处理五氯酚溶液的研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1材料与方法

4.2.2分析测定

4.3结果与讨论

4.3.1五氯酚(PCP)的基本性质

4.3.2 PCP标准曲线的绘制

4.3.3 PCP在GAC上的吸附动力学和吸附等温线

4.3.4不同条件下微波对吸附在GAC上的PCP的分解

4.3.5 PCP在新GAC和载铜GAC上分解情况的比较

4.3.6新GAC上的PCP分解过程中GAC表面pH的变化

4.3.7 GC/MS对降解中间产物的鉴定

4.3.8微波辐照对GAC的再生作用

4.4小结

参考文献

5微波辐照再生载酸性橙Ⅱ染料的三种活性炭的研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1实验材料

5.2.2实验方法

5.2.3分析测试

5.3结果与讨论

5.3.1酸性橙Ⅱ(AO7)的基本性质

5.3.2微波再生前后GAC对AO7的吸附动力学

5.3.3微波再生前后GAC结构特性的变化

5.3.4微波再生前后GAC对AO7的吸附能力的变化

5.3.5微波再生前后GAC表面化学特性的变化

5.3.6对吸附在GAC上的AO7的提取

5.4小结

参考文献

6结论、创新点和建议

6.1结论

6.2创新点

6.3建议

攻读博士学位期间的研究成果

致谢

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