有機(jī)廢水的煤吸附凈化機(jī)理研究.pdf

1、吸附法廣泛應(yīng)用于焦化廢水和含油廢水等有機(jī)廢水處理與回收工藝中，對(duì)水體顆粒物和難降解有機(jī)物都具有較好的處理效果。吸附法的優(yōu)點(diǎn)很多，但也存在成本高和產(chǎn)生底泥的缺點(diǎn)，如何揚(yáng)長(zhǎng)避短，是研究過程中考慮的重要問題。煤是一種復(fù)雜的多孔介質(zhì)，是天然吸附劑，且吸附后的煤可以繼續(xù)作為原用途使用，其價(jià)值沒有減少，本文提出將煤用于吸附處理工業(yè)有機(jī)廢水，以褐煤、焦煤和無煙煤吸附處理模擬焦化廢水為研究對(duì)象，對(duì)煤吸附難降解大分子有機(jī)物的吸附規(guī)律、吸附效率、吸附過程、

2、吸附類型和吸附機(jī)理進(jìn)行了研究分析。據(jù)此提出了煤吸附凈化法，并對(duì)其在焦化廢水和含油廢水中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了探索研究，為煤吸附凈化法的工藝開發(fā)和工業(yè)應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　對(duì)煤樣的理化性質(zhì)進(jìn)行了研究分析。通過XRF、XRD、SEM、FTIR以及滴定法研究分析得到了三種煤樣的元素組成、礦物組成、表面微觀形貌特性以及表面的含氧官能團(tuán)組成及含量；通過 BEL全自動(dòng)吸附儀測(cè)試，得到了三種煤樣的比表面積、孔表面積、孔

3、容及孔徑分布等特性；同時(shí)研究得到了pH對(duì)煤比表面積的影響，利用熱重-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用研究分析了煤的熱穩(wěn)定性。從煤的物化性質(zhì)上證明了煤作為吸附劑的可行性。
　　采用常規(guī)水質(zhì)分析方法和GC/MS分析方法對(duì)焦化廢水的常規(guī)指標(biāo)、有機(jī)物組成及含量等理化性質(zhì)進(jìn)行了研究分析，得到廢水中的主要有機(jī)污染物是苯酚類，其次是喹啉類、吡啶類、吲哚類以及其他大分子稠環(huán)類物質(zhì)。
　　建立了靜態(tài)吸附試驗(yàn)系統(tǒng)，確定了有機(jī)物含量的測(cè)定方法，通過靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

4、得到了煤樣投加量、恒溫振蕩吸附時(shí)間、不同吸附質(zhì)初始濃度、溶液 pH值、溫度等因素對(duì)溶液中單一大分子有機(jī)物（喹啉、吡啶、吲哚和苯酚）去除的效果及影響規(guī)律。同時(shí)研究了煤樣對(duì)混合有機(jī)物溶液的吸附效果，不同的有機(jī)物具有不同的分子組成、分子結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)及分子尺寸，在煤粉的孔隙中具有不同的吸附孔徑和吸附點(diǎn)，有機(jī)物之間存在競(jìng)爭(zhēng)吸附，其吸附效率順序?yàn)猷具胚幔具拎ぃ颈椒印?br>　　考察了褐煤、焦煤和無煙煤吸附大分子有機(jī)物（喹啉、吡啶、吲哚和苯酚）的

5、熱力學(xué)特征。并采用Langmuir、Freundlich、Temkin、Redlich-Peterson（R-P）和Dubinin-Radushkevich（D-R）五種等溫吸附模型對(duì)三種煤樣的等溫吸附線做了擬合，并對(duì)擬合結(jié)果做了誤差分析，得到褐煤、焦煤和無煙煤吸附大分子有機(jī)物的過程符合Freundlich和R-P方程。以焦煤吸附喹啉為研究對(duì)象，計(jì)算其熱力學(xué)函數(shù)ΔG°、ΔH°和ΔS°，其中△G°的值都小于0，得到其吸附過程主要是一個(gè)自發(fā)

6、的過程；ΔH°=﹣21.27KJ·mol-1，放熱量在20.00KJ·mol-1左右，吸附過程為放熱反應(yīng)，主要為物理吸附，在低溫時(shí)有利于吸附過程；ΔS°=﹣66.48KJ·mol-1<0，表明分子被吸附到煤表面上以后運(yùn)動(dòng)受到限制，使吸附熵減小。
　　考察了褐煤、焦煤和無煙煤吸附大分子有機(jī)物（喹啉、吡啶、吲哚和苯酚）的動(dòng)力學(xué)特征。分別用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、顆粒內(nèi)部擴(kuò)散模型和Bangham模型四種吸附動(dòng)力模型對(duì)三種煤樣

7、的吸附動(dòng)力學(xué)曲線進(jìn)行擬合，并對(duì)擬合曲線進(jìn)行誤差分析，得到褐煤、焦煤和無煙煤吸附溶液中有機(jī)物的吸附動(dòng)力學(xué)曲線符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)速率方程，吸附的過程由顆粒內(nèi)擴(kuò)散和膜擴(kuò)散共同控制。吸附速率與吸附劑的比表面積成正相關(guān)。以焦煤吸附喹啉為研究對(duì)象，計(jì)算得到其吸附活化能 Ea=5.51KJ·mol-1，其吸附過程屬于物理吸附，且吸附活化能較小，吸附較易進(jìn)行。
　　建立了動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)系統(tǒng)，考察了褐煤、焦煤和無煙煤吸附大分子有機(jī)物（喹啉、吡啶、吲哚和

8、苯酚）的動(dòng)態(tài)吸附。研究了吸附質(zhì)濃度、流速和吸附柱個(gè)數(shù)對(duì)吸附效果的影響規(guī)律。以褐煤、焦煤和無煙煤吸附喹啉為代表，建立了吸附柱吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，得到穿透曲線的計(jì)算公式，模型和公式可以較好研究分析焦煤吸附柱的動(dòng)態(tài)吸附過程。
　　研究對(duì)比分析了褐煤、焦煤和無煙煤吸附大分子有機(jī)物（喹啉、吡啶、吲哚和苯酚）前后的FTIR、SEM、XPS圖譜，測(cè)試了三種煤樣的零電點(diǎn)和等電點(diǎn)，得到煤樣吸附有機(jī)物存在物理吸附和化學(xué)吸附兩種吸附形式，經(jīng)過推理研究得