含油污泥和生物质废弃物协同热解制备活性炭

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含油污泥为石化行业难处理的固体废弃物,全球每年有大量的含油污泥堆积,生物质废弃物产生的速度也每年增加。目前工业废弃物和农业废弃物混合热解制备活性炭的研究很少,活性炭对水中有机物的吸附机理研究还不够完善。本文选取三种典型生物质废弃物:核桃壳、椰壳和杨木木屑,分别同含油污泥共热解制备活性炭。研究了含油污泥和生物质协同热解特性,制备并表征了混合基活性炭,研究了对水中苯酚和磺胺甲噁唑(SMZ)的吸附能力和吸附机理,为废弃物的资源化利用和制备高性能的混合基活性炭提供了新思路。主要结论如下:(1)含油污泥和核桃壳的热解特性分析:生物质中的K等碱金属促进含油污泥中的轻质组分向重质组分转化,使得含油污泥中的更多的炭被固定。核桃壳中产生的炭化物可以作为含油污泥分解的催化剂,提高热解速率。含油污泥快速热解产物以烃类物质为主(97%),核桃壳快速热解产物以含氧有机物为主,烃类很少(4.1%)。含油污泥和核桃壳混合热解存在协同作用,烃类含量为86.7%,其中芳香烃占32.9%,酯类、醛类、酮类、呋喃类等含量为0%。在含油污泥灰分催化下,核桃壳中含氧化合物脱氧缩合形成长链烃和芳烃,芳构化程度增加。生物质中的含K等碱金属元素催化含油污泥中的大分子烃类裂解气化,和含油污泥单组分热解相比,脂肪烃的含量减少;(2)K2CO3作为活化剂制备含油污泥和生物质混合基活性炭,采用一步活化和两步活化方式,结果发现:一步活化方式得到的活性炭的产率更高,表面积更大。混合基活性炭的表观形态更类似于生物质基活性炭,中孔率几乎是生物质基活性炭的2倍,比表面积几乎是油泥基活性炭的10倍,0.5-5 nm均有一定的孔隙率。混合基活性炭中,比表面积最高的是含油污泥和核桃壳一步活化得到的活性炭,为1342 m2/g,是两步活化法的2倍以上。混合基活性炭相比于生物质和含油污泥单独制备的活性炭,C-O含量增加,C=O含量减少;(3)研究活性炭对苯酚和SMZ的吸附性能:活性炭苯酚的吸附主要受微孔的影响,有效吸附孔径在0.9-2.2 nm左右,对SMZ的吸附和微孔中孔均有关,有效吸附孔径在1.5-3 nm左右,混合基活性炭对SMZ的吸附能力更好。混合基活性炭中,对苯酚吸附性能力最强的是椰壳和含油污泥一步活化制备的活性炭,为200.6 mg/g;对SMZ的吸附能力最强的是核桃壳和含油污泥一步活化得到的活性炭,为361.9 mg/g。对两者的吸附,以化学吸附为主,受表面膜扩散和颗粒内扩散共同作用。比表面积的大小和电子受体-供体机制起主要作用,π-π电子色散力和溶剂效应也有一定影响。
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