污泥含碳吸附材料的制备及其对Cu、Pb的吸附研究

摘要

污水污泥成分复杂，如果处理不当，不仅会对周围环境造成二次污染，而且会对资源和能源造成浪费。因此，如何将污泥进行科学处理，使其减量化、稳定化、无害化和资源化，已成为我国乃至整个世界广泛关注的焦点。本论文开展了城市污水厂污泥制备多孔含碳吸附材料研究，并用于重金属离子废水处理研究，对城市污水污泥资源化利用具有重要意义。
　　 本论文以城市污水厂脱水污泥为原料，采用ZnCl2活化法制备含碳吸附材料。研究了活化剂浓度、活化温度、活化时间、液固比、浸渍时间及原料粒径等制备条件和不同添加剂对含碳吸附剂碘吸附值和亚甲基蓝吸附值的影响，并利用比表面积、孔径分布、电镜扫描形貌、红外表征等分析比较材料的吸附性能，对制备过程和机理进行了初步探讨，并探索了污泥含碳吸附材料对模拟含Cu2+、Pb2+重金属废水的处理。
　　 通过实验研究，得出以下结果：
　　 采用氯化锌活化，制备污泥含碳材料。通过单因素实验和正交实验，以碘值和亚甲基蓝值为指标，确定了污泥含碳吸附材料的最佳制备条件为：在氮气流量400±25mL/min环境中，活化剂浓度为3mol/LZnCl2，在550℃下炭化1h，液固比为2:1，原料粒径过100目，浸渍1h。制备的含碳材料碘吸附值为423.53㎎/g，亚甲基蓝吸附值94.69㎎/g，比表面积227.3㎡/g。在最佳制备条件下，加入添加剂（硫酸锰：硫酸亚铁以一定比例）与污泥混合制备改性含碳吸附材料，以碘值、亚甲基蓝值和铜离子吸附量为表征，结果表明，当（硫酸锰：硫酸亚铁比例为2:1）以3％质量分数与污泥颗粒混合，制备的含碳吸附材料的碘值、亚甲基蓝值和铜吸附量明显高于改性前的含碳吸附材料，即碘值为493.57㎎/g，亚甲基蓝值为97.99㎎/g，铜离子吸附量为23.52㎎/g，比表面积211.6㎡/g。
　　 污泥含碳吸附材料和改性含碳吸附材料对模拟铜、铅废水的处理，结果表明，在相同条件下，改性吸附材料对Cu2+、Pb2+的吸附容量明显高于含碳吸附材料；在298K，吸附平衡时间为90min，最佳pH值为5.0，最佳投加量为5g/L，对于初始浓度分别为40㎎/L、60㎎/L、80㎎/L的铜离子废水，铜离子的饱和吸附容量分别为6.65㎎/g、9.98㎎/g、11.37㎎/g；在298K，吸附平衡时间为90min，最佳pH值为5.0，最佳投加量为7g/L，对于初始浓度分别为40㎎/L、60㎎/L、80㎎/的铅离子废水，铅离子的饱和吸附容量为5.21㎎/g、7.02㎎/g、10.14㎎/g。吸附等温线均符合Langmuir模型，吸附动力学均符合二级动力学模型，其吸附反应均为放热反应。