褐煤热解活化制备活性焦及其吸附苯酚废水的试验研究

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我国多煤少油的能源结构决定了未来很长一段时间内只能依靠煤炭满足大多数发展带来的能量需求。褐煤作为一种廉价、易开采的低阶煤,在我国煤炭储量中占有较大的比重,但是由于褐煤自身的局限性导致利用率低,因此实现其高效利用具有重要的意义。褐煤热解提质是一种常见的褐煤高效利用方式,但是热解过程中会排放大量含酚废水,造成严重的环境污染问题。活性炭吸附法处理含酚废水是一种比较有效的治理方式,但是制造成本较高的活性炭增加了污水处理的经济负担,因此制备低成本的炭质吸附剂是广泛研究的热点。褐煤热解后的半焦具有较丰富的孔道结构而热解得到的褐煤半焦具有较好的反应活性,是很好的制备活性吸附材料的前驱体,通过简单的活化之后具有较为理想的孔道结构,可以被用作吸附剂,处理含酚废水,进而降低含酚废水的处理成本。影响活性焦吸附的因素主要有活性焦的比表面积、孔道结构和表面的化学性质,较大的比表面积和呈碱性的表面化学官能团有利于活性焦对苯酚的吸附,因此可以通过对半焦进行针对性的活化和改性处理,使其具有较理想的孔道结构和表面特性。本工作旨在通过选择不同的活化剂和改变活化制备参数,获得对苯酚吸附性能较好的活性焦,并加深对活性焦制备过程及其吸附苯酚过程的理解。  本文以褐煤热解后的半焦为原料,分别使用水蒸气和氨水作为活化介质,通过改变制备参数,制取了一系列吸附性能不同的活性焦,运用碘值、亚甲基蓝吸附值和XPS等表征手段对活性焦的物理化学性质进行表征,同时研究了氨水活化后活性焦的吸附机理。此外,还考察了两种活化介质下制备的活性焦对苯酚的吸附动力学。实验结果如下:  1.以水蒸气为活化介质,研究了活化温度、活化时间和水蒸气流量对活性焦吸附苯酚的影响,获得了不同制备参数对锡林浩特褐煤基活性焦吸附影响规律。实验表明:活化温度、活化时间和水蒸气流量对活性焦的吸附有重要的影响;相比活化温度和活化时间,水蒸气流量可以同等程度的改变活性焦微孔和中孔数量;在活化时间为40min、水蒸气通量为8g/h、活化温度为800℃条件下制得活性焦对苯酚吸附性能最强,吸附量为13.8mg/g;碘值可以更好的反应活性焦对苯酚的吸附能力大小。  2.以氨水为活化介质,研究了氨水浓度和活化时间对活性焦制备的影响,获得了制备参数对活性焦的含氮量、含氮官能团和苯酚吸附规律。实验表明:提高氨水浓度,活性焦的氮含量逐渐升高,活性焦的收率提高;不同浓度氨水活化的活性焦吸附能力的不同,可能是由于活性焦表面的N-6分布比例不同导致;在一定的时间段内,延长活化时间可以提高活性焦对苯酚的吸附,通过对碘值和亚甲基蓝吸附值与苯酚的吸附值做相关性拟合发现延长活化时间主要是通过改变活性焦的孔道结构来改变活性焦对苯酚的吸附。  3.在恒温搅拌器上考察了苯酚溶液的pH和初始浓度对活性焦吸附能力的影响,同时也考察了活性焦的吸附动力学。实验表明:苯酚溶液的pH小于7时活性焦对苯酚的吸附能力较高,pH大于7时活性焦的苯酚吸附能力逐渐降低;活性焦的吸附能力随着初始浓度的升高而变大;两种活化介质下制备的活性焦吸附动力学均可以用拟二级动力学吸附模型来描述;内扩散不是影响活性焦吸附唯一决速步骤。
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