《污泥活性炭》PPT课件.ppt

河南农业大学,环 境 微 生 物,污泥活性炭对水相中四氯苯酚的吸附应用,刘翠翠,提纲,1：此项研究的必要性 2：研究现状 3：本篇文章研究的概述与介绍 4：文章的分析与讨论 5：总结与展望,1：此项研究的必要性,氯酚又称一氯苯酚(monochlorophenol)。结构简式ClC6H4OH。有邻、间、对位3种异构体。对位体为无色至淡黄色晶体。均难溶于水，可溶于乙醇、乙醚，并有臭味。可用作染料、农药（除锈剂，杀菌剂，除草剂）和有机合成的原料或中间体。各体刺激作用很强，从皮肤吸收较多。是具有毒性的难降解的环境激素，呈弱酸性。,4-氯苯酚又称对氯苯酚，对羟基氯苯。分子式：C8H9ClO,4-氯苯酚主要用于染料，医药安妥明，农药，精制矿物油的溶剂，上游产品为苯酚。CL上的P电子与苯环上的电子形成共轭体系，使其具有很强的毒性。其毒性随PH值降低而升高,污泥：污泥是污水处理后的产物,是一种由有机残片、菌体、无机颗粒、胶体 等组成的极其复杂的非均质体。1：高含水率 2：高致病菌 3：高重金属聚集 4：高物理稳定性,4-氯酚可经由吸入，膳食摄入，皮肤接触进入人体，长期暴露在氯酚 的环境中会引起癌症。饮用含有氯酚污染区的水患胃肠及皮肤疾病,由于城市垃圾，工业垃圾的大量产生，污泥处理厂的污泥量也在逐年递增。由于国际上对环境保护越来越重视，怎样对污泥进行无害化，资源化处理成为我们所面临的一个重要问题！另，氯苯酚由于其较高的毒性，致癌性，成为我们所面临的一个重要问题。如何找到一个经济高效的处理方法是本篇文章的寓意所在！,2：研究现状,水中氯酚常见处理方法生物法（固定化微生物法，微生物降解）电/光催化氧化法吸附法(活性炭）膜处理法（离子交换）超声/臭氧处理法（氧化能力高，价格昂贵）萃取（工艺）,污泥常见的处理方法填埋（占地）干化作为吸附剂焚烧（毒性，污染，费用）制成活性炭厌氧消化（设备）,处理方法要做到的几点,1：高效性（减量性，稳定性，无害化，甚至资源化）2：工艺简单3:费用低廉4：无二次污染,综上所述：活性炭由于其较好的孔性，比表面积大，热稳定性好，反应条件温和被视为比较理想的吸附剂。由于其初期投资抵，对有毒物质不敏感，高的吸附力，和很好的再生性能，活性炭是最通用和合适的污水微污染的去除剂。很多的研究人员表现出来对以碳为基质吸附剂工业化应用研究的兴趣,3：本篇文章研究的概述与介绍,本实验分别用CO，空气，KOH作为活化剂对干污泥进行活化，制得污泥活性炭。然后每个样品用水相的4-氯苯酚对其进行吸附力测定。CO 和空气作为活化剂制得的活性炭比表面积小。干污泥的高灰分（23%）限制了孔性的形成。提高他的活化温度，他们的比表面积最大没有超过100m2/g。在无灰分的情况下，空气作为活化剂的比表面积依然很低，最高没有超过250m2/g.以KOH作为活化剂的污泥活性炭，较之CO和空气作为活化剂制得的活性炭孔性比较好，比表面积比较大。当KOH与干污泥的比例在3：1，温度在750C时比表面积达1800m2/g，中孔体积达0.35m3/g.,简介,尽管这些不同活化剂制得的活性炭结构不同，空气作为活化剂的污泥活性炭达到KOH作为活化剂对4-氯苯酚的吸附率的85%。结果表明：以温和条件制得的，空气作为活化剂的污泥活性炭由于其廉价的费用，较高的处理效率是处理含4-氯苯酚废水的理想方法,链接知识点活性炭的活化：原材料经过炭化后需要进行活化，在内部形成发达的微孔结构。活化剂有（物理活化）水蒸气，CO,O，空气。化学活化剂：zncl2,KOH,H3po4.物理活化多以形成微孔为多，化学法可以通过控制活化剂的比例进行控制孔的大小,试验方法,在本次试验中，我们以不同的温度和保持时间以空气，用co2和KOH作为活化剂制得污泥活性炭。通过吸附4-氯苯酚进行研究.。因为这两个变量被报道是决定其吸附率的主要因素,材料,从一家化妆品公司的污水处理厂（SBR序列间歇式活性污泥法）收集一批需氧的污泥颗粒。首先用蒸馏水对其进行冲洗直至其具有稳定的导电性。然后105度烘干至恒重。将合成物研磨和筛滤，颗粒大小在,实验步骤一：活化 二：吸附试验,一：活化是在一个垂直的烘炉内，电加热。加热效率10度/钟。通气率100N-ML/分钟。1：以CO2作为活化剂在不同的保持时间（0.5,2.0,4.0h),温 度（700度和800度）进行试验。2：以空气作为活化剂在不同的保持时间（0.5,2.0,4.0h），温度（度）进行试验 备注：在进行吸附试验前用蒸馏水冲洗污泥 3：以KOH作为活化剂，首先将KOH与干的污泥进行混匀。然后以1:1,3:1（干重），分别以450度和750度在N2的环境下加热30分钟。所得样品用5M的hcl冲洗，最后用蒸馏水冲洗直至PH稳定,样品特性固体样品的的C,H,N,S成分用CHNS分析仪进行分析，灰 分用SDTA851e分析仪进行分析，重金属含量用ICP-MS进行分析，孔结构用解析等温线的方式进行描述，样品在10-3托和150度下加热除气，PH通过加入蒸馏水的方法至恒定。比表面积用Hitachi s-3000N进行测量。,起始污泥特性,干污泥无孔性，比表面积低于3M2/G，物理活化的合成物孔大小形状不一，化学（KOH）活化的，我们可以看到，密度低，高孔性，比较蓬松,起始物的高灰分（23%）严重限制了孔性的形成，因为由于部分活化对无机物质无效。CO2和空气做活化剂的活性炭，与平时热处理时脱氢聚合和脱水聚合的0.5C/H的摩尔比分别增加到3.0.和1.6。CO2的活化伴随着S的降低，从0.6%降低到0.1-0.2%。在这里温度是个决定因素。降低温度，S的降低将被缓解,（表三）。温度从450C上升至750C，活性炭的比表面积（分内表面积和外表面积）的微孔量和中孔量有很大的变化，在750C，固体与KOH比为1:3的结果，以其他基质，例如煤，纤维，阿月浑子壳，玉米穗轴，沥青，杉树要好。当然这个活化剂KOH比常用的化学试剂例如ZNCL2，H2SO4，H3PO4要高,Rosetal在KOH活化时，用酸洗作为一个预处理，报道会增加起始物的孔性。但是，根据我们的结果在KOH为活化剂时酸洗预处理对最终结果没有明显影响,通过KOH作为活化剂活化的进展分析，在最高活化温度750度时N含量的降低是值得注意的。前人研究认为碱活化中C-N通过氨基酸基团的脱氢作用转化为氰化物，这些氨基酸基团来源于蛋白，核酸，和死亡的微生物。化学活化的最大好处是比物理活化的时间短,二：吸附试验,100MG的活性炭和100ml含不同密度的4-氯苯酚的的水溶液，在15度，PH7.0（磷酸盐缓冲液），200rpm震荡混匀。4-氯苯酚的密度用高效液相色谱进行测定，用C18柱作为固定相，乙腈 和水的混合物作为流动相。流动速率保持在1ML/min,波长 在 280NM。试验数据适用于Langmuir和Redlich-peterson方程式,CO2活性炭的等温吸附曲线,从图二我们可以看到CO2活性炭的吸附能力是相近的温度从700上升到800吸附能力没有一点上升。,空气活性炭的等温吸附曲线,通过空气活化的活性炭的最大吸附量的分析证明空气活性炭的吸附量是与比表面积相关的。,4：文章的分析与讨论,尽管很多关于活性炭对酚类的的吸附作用报道。但是它的吸附机制还不完全清楚。这个机制不仅是电子交换，和供体-受体的关系，还有溶剂效应，和两相的平衡。,活性炭的表面性能对其吸附能力的影响。具有氧化功能表面基团的活性碳一般情况下对酚类的吸附能力会增加。另外，活性炭酸性含氧基团减少，被认为是增加活性炭吸附能力的一个方法。通过水分子团形成的增加，会遮蔽基底碳，降低电子的利用率。但是YIN指出高的酚类密度，吸附机制不仅是物理吸附还有表面聚合作用。在活性炭表面酚类经过氧化偶联作用生成高分子聚合物。在这个过程中氧是必须的，以及污泥作为基质的高无机物含量对吸附力是有利的,如前文提到的那样，吸附试验是在中性条件下即PH=7进行的，在中性条件下4-氯苯酚是非离子态的。溶质分子与固体吸附剂表面吸附是非离子交换吸附，苯环的电子和活性炭进行分散式交换。表面氧，氮，硫化物在很大程度上影响分散交换。由于N-S杂原子的高稳定性，在作为空气活化剂的时候由于其较低的温度所以仍留在活性炭上。N和S成分分别在7.5%（1.2%左右浮动），2.2%（0.8%浮动），N取代基使活性炭的从水中吸附氯苯酚的能力提高。相反，KOH和CO2作为活化剂时的高温使活性炭 的S成分降低到少于1%。，当KOH活化温度达到750C时N成分也大幅降低（0.8%），这个原因导致吸附能力的降低。这个现象由于KOH活化时的高孔性克服了,由于KOH出众的孔性结构，KOH活性炭具有最好的吸附能力。然而，如果单从孔性来讲，KOH活性炭的吸附能力并不如预期。在langmuir等式上，空气作为活化剂的单层吸附量只比KOH作为活化剂低了16%。尽管KOH作为活化剂的活性炭比表面积比空气作为活化剂的活性炭高了近20倍 必须指出，KOH作为活化剂的活性炭的吸附能力是在经过5M Hcl的冲洗过，然后用蒸馏水进行冲洗直至恒定的PH获得的。经过Hcl冲洗活性炭的吸附量比只用蒸馏水冲洗上升了4倍，Hcl冲洗的好处应该是释放了部分活化剂残留下来的钾，疏通了堵塞。而用蒸馏水达不到这个效果 很多的研究都是用热解处理过的污泥作为前体。但是在这个实验中，干的污泥直接作为起始物被应用。用KOH作为活化剂也显示直接用干污泥比热解过的碳要高效。在图4我们可以看到保持时间从2小时降低到0.5小时，用KOH而不是物理活化，达到了最大的4-氯苯酚吸附量,5：总结与展望,