制革污泥热解过程及其产物特性的研究

摘要

在皮革加工过程中，产生大量的制革污泥，对环境造成严重污染。近年来，研究者们尝试采用各种办法对污泥进行资源化利用，其中低温碳化技术作为一种快捷、高效的资源化处理手段备受关注，而目前在制革污泥上尚未见到研究报道。
　　本课题以来自不同制革企业不同制革工艺下产生的制革污泥为研究对象，并对比市政污泥，采用热重分析法研究了制革污泥热解过程及其热解动力学;通过荧光光谱扫描、气相质谱分析、元素分析等方法对污泥及污泥热解后的产物进行了性质和成分分析，并对热解后产物进行了作为废水吸附剂应用的评价。
　　对3种制革污泥与1种市政污泥在室温至600℃范围内的热解过程进行了元素分析，热重分析及动力学拟合讨论。不同升温速率对污泥整个热解过程的趋势影响不大。整个热解过程分为3个阶段，污泥的热分解主要发生在阶段2(200～500℃);此阶段污泥的热解均符合一级化学分解反应机理函数，表观活化能均值在5.5～6.3kJ·mol-1之间。市政污泥以及2种制革污泥阶段2的相对失重量分别为40.1％，63.8％和56.0％;最大失重速率峰值温度分别约为285、400和315℃。市政污泥热解处理设备理论上可以用于制革污泥的热解处理，实际运行中应提高设备设计温度。
　　以碳化产物的固碳率，碘值，有机质含量等特征作为指标研究了制革污泥的热解方法。结果显示，采用低温碳化的方式得到的碳化产物，对市政污泥来说，最佳碳化温度为300℃;对制革污泥而言，最佳温度为400℃。热解过程中，制革污泥明显出油较多，随着碳化温度的升高，污泥碳化产物的碘值呈升高趋势。在实际应用中，制革污泥在400℃条件下进行低温热解碳化所得到的碳化产物固碳率较高。
　　对制革污泥低温碳化热解后得到热解油，热解固体残渣等产物进行组分分析。结果表明，与制革污泥直接提取油相比，热解油主要为轻质组分。热解后固体产物的有机质含量明显增高，并具有一定的吸附性能，具有较好的活化改性潜力。
　　研究制革污泥低温碳化后对废水中铬的吸附性实验发现，制革污泥碳化后对离子态铬没有吸附效果。制革污泥对络合态铬的吸附随碳化温度升高而升高，现有实验条件下，吸附率最高可达到27.5％。脱脂后的制革污泥对离子态的铬吸附率可达到88.5％。相比低温碳化热解后的制革污泥，脱脂后的污泥对离子态铬的吸附性较好。用提取油脂的方法处理制革污泥并进一步进行资源化利用具有一定的可行性，值得继续探索。

目录

摘要

1 绪论

1．1 制革污泥的来源及特点

1．2 制革污泥处理技术现状分析

1．2．1 国内外制革污泥处理技术

1．2．2 国内外制革污泥资源化技术

1．2．3 目前制革污泥处理技术存在问题及发展趋势

1．3 污泥热解技术与研究方法

1．3．1 污泥热解技术现状及进展

1．3．2 污泥碳化技术现状及其在制革污泥上的应用

1．3．3 污泥热解的研究方法

1．4 制革污泥资源化应用可行性

1．4．1 市政污泥资源化应用现状

1．4．2 制革污泥资源化应用现状

1．5 课题研究的意义、目标及内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究目标

1．5．3 研究内容

2 制革污泥热解动力学研究

2．1 材料及方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验方法

2．2 结果与分析

2．2．1 不同来源污泥性质及组分差异

2．2．2 污泥热分解阶段分析

2．2．3 升温速度对污泥热解的影响

2．2．4 制革污泥热解的差热分析

2．3 热解动力学分析

2．3．1 热解反应机理研究与动力学特性分析

2．4 本章小结

3 制革污泥低温碳化方法研究

3．1 材料和方法

3．1．1 样品来源

3．1．2 所用仪器与试剂

3．1．3 热解碳化法处理污泥的实验装置与步骤

3．1．4 对污泥处理后所得产物的各项指标检测

3．2 实验结果与分析

3．2．1 污泥低温碳化产物固定碳含量分析

3．2．2 污泥低温碳化产物有机质及碘值分析

3．3 本章小结

4 制革污泥热解碳化产物特性分析

4．1 材料与方法

4．1．1 污泥样品低温热解方法

4．1．2 污泥热解产物组成份分析方法

4．1．3 污泥样品油脂提取方法

4．1．4 固体产物吸附性研究方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 制革污泥热解前后的基本性质分析

4．2．2 提取污泥油脂使用有机溶剂的选择

4．2．3 热解产生油相组分分析

4．2．4 热解碳化后固体残渣特性分析

4．2．5 热解碳化后产物对铬的吸附性分析

4．3 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

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