污泥生物炭水熱制備及其對染料脫色研究.pdf

1、吸附法和高級氧化法是處理染料廢水常用方法。但傳統(tǒng)的吸附工藝以活性炭作為吸附劑，成本較高，且飽和后活性炭需要高溫再生。常用的高級氧化工藝Fento n法，會產(chǎn)生大量鐵泥廢棄物，且Fe3+影響出水色度。針對上述問題，本論文選用城市污泥固體廢棄物作為原料，采用水熱法將過渡金屬Co和Fe負(fù)載在污泥生物炭上，污泥生物炭/鈷吸附材料和污泥生物炭/鈷/鐵類芬頓催化材料。采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外、熱重分析等多種表征手段對材料進(jìn)行微觀結(jié)

2、構(gòu)分析，同時選用剛果紅作為染料廢水檢驗(yàn)材料的吸附和催化降解性能。
　　通過研究，本論文得到以下結(jié)論：以單獨(dú)污泥作為原料，采用水熱法制備污泥生物炭。通過單因素實(shí)驗(yàn)，分別考察水熱溫度、水熱時間、水熱pH和固體污泥填充質(zhì)量四個因素對污泥生物炭處理剛果紅染料廢水的影響，得出最優(yōu)的水熱條件為：水熱溫度：180℃；水熱時間：3h；水熱pH：9；固體污泥填充質(zhì)量：1g。通過表征分析發(fā)現(xiàn)污泥經(jīng)水熱法處理后，有機(jī)質(zhì)發(fā)生碳化，產(chǎn)生多孔的結(jié)構(gòu)，提高了材

3、料的比表面積，且熱穩(wěn)定性提高，表面含氧官能團(tuán)減少導(dǎo)致親水性減弱。
　　為進(jìn)一步提高污泥生物炭的吸附性能，本研究在制備污泥生物炭的過程中摻雜過渡金屬鈷元素，當(dāng)鈷摻雜量達(dá)到8g/L時，摻鈷材料的比表面積從污泥生物炭的42.651 m2/g提高到71.579 m2/g，對剛果紅的去除率從42.8％提高到97.3%。同時研究吸附溫度、pH、染料配水溶劑等對剛果紅去除的影響。研究結(jié)果表明，材料對于剛果紅的吸附屬于放熱反應(yīng)，溫度的升高會降低去

4、除率，所以選擇最優(yōu)的吸附溫度為25℃；酸性環(huán)境對去除率影響較小，但是當(dāng)pH調(diào)節(jié)為堿性時，去除率降低，分析原因是OH-與剛果紅染料競爭吸附劑表面的活性位點(diǎn)；選用自來水模擬實(shí)際水體，會導(dǎo)致去除率降低，但去除率僅降低4.38%，分析主要原因是自來水中雜質(zhì)占據(jù)活性吸附位點(diǎn)。探究吸附材料對與剛果紅的去除機(jī)理，材料對于剛果紅的吸附遵循二級動力學(xué)模型，說明該吸附屬于化學(xué)吸附；材料對于剛果紅的吸附等溫線更符合Langmuir型等溫吸附，說明該吸附過程屬

5、于單分子層吸附。
　　基于以上研究，制備污泥生物炭/鈷/鐵類芬頓催化材料，用于處理高濃度剛果紅染料廢水。通過單因素實(shí)驗(yàn)，探究鐵離子摻雜量、材料投加量、雙氧水投加量、溶液pH對降解率的影響。摻雜4 mmol Fe3+的復(fù)合材料的最優(yōu)反應(yīng)條件為：材料的投加量為1g/L，雙氧水的投加量為0.75 mL/L，反應(yīng)體系的pH為3，此時剛果紅的脫色率可達(dá)100%。SEM表征發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3+的加入使得復(fù)合材料出現(xiàn)了直徑為300nm的炭微球，炭微球

6、結(jié)構(gòu)均一。VSM表征分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的飽和磁強(qiáng)度較單獨(dú)加入鈷材料有所提高，飽和磁強(qiáng)度為17.749 emu/g，這與XRD分析中Fe3O4的生成研究結(jié)果一致。說明Fe3+的加入，有利于材料從溶液中的分離。XPS表征分析得知復(fù)合材料的主要元素組成為C、Fe、Co、O，這也證明了在水熱反應(yīng)條件下，污泥生物炭、鈷元素、鐵元素很好的結(jié)合到了一起，形成了結(jié)構(gòu)優(yōu)良的復(fù)合材料。研究復(fù)合材料對剛果紅的去除機(jī)理，表明復(fù)合材料與 H2O2構(gòu)成類Fento