現(xiàn)有的染料廢水處理方法仍然采取傳統(tǒng)的生化法處理，由此產(chǎn)生大量的印染污泥。然而，這些污泥的處理勢必會占用大量的土地資源，并且存在二次沾染的危險(xiǎn)。經(jīng)前期剖析發(fā)明，印染污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)、SiO2等物質(zhì)，若將印染污泥進(jìn)行高溫煅燒，有機(jī)質(zhì)揮發(fā)會留下大量的孔隙，SiO2又可供給骨架結(jié)構(gòu)，從而制得污泥活性炭。將印染污泥制備成活性炭，不僅可能緩解大量污泥對環(huán)境造成的二次沾染問題，還可能將污泥活性炭用于處理印染廢水，達(dá)到以廢治廢的目標(biāo)。因此，研發(fā)一種利用本錢較低、處理后果較好的吸附資料，對吸附法在染料廢水中的實(shí)際產(chǎn)業(yè)化利用存在重要事實(shí)意思。
本研究以印染污泥為原資料制備污泥活性炭，并將該污泥活性炭用于處理亞甲基藍(lán)模仿染料廢水。通過對污泥活性炭進(jìn)行表征，剖析其孔隙結(jié)構(gòu)及名義特點(diǎn)。研究不同反應(yīng)前提對污泥活性炭吸附亞甲基藍(lán)的影響，判斷最優(yōu)吸附前提。通過熱力學(xué)剖析，判斷吸附等溫方程并剖析吸附容量。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果為印染污泥的資源化利用以及染料廢水的有效治理供給技巧支撐。
1 資料與方法
1.1 資料
實(shí)驗(yàn)用污泥取自福建省某印染廢水處理廠經(jīng)壓濾后的污泥。亞甲基藍(lán)、氯化鋅、鹽酸均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，鋸末為100%楊木鋸末。實(shí)驗(yàn)所用水由Milli-Q超純水機(jī)制得。
1.2 方法
1.2.1 污泥活性炭的制備
本實(shí)驗(yàn)利用氯化鋅作為活化劑，經(jīng)過高溫煅燒制備污泥活性炭。首先，稱取一定量的原料污泥，經(jīng)晾曬、烘干等工序后使污泥含水率降至10%以下。之后，進(jìn)行破碎、研磨、篩分，由此得到干污泥。而后，將一定量的干污泥與一定量的鋸末放入氯化鋅溶液，其中，干污泥與氯化鋅溶液的品質(zhì)比為
1:2，浸漬24 h后，將裝有污泥的坩堝放至管式爐中進(jìn)行分段煅燒，第1段在300 ℃下煅燒30 min，第2段在500 ℃下煅燒1 h，反應(yīng)實(shí)現(xiàn)后天然冷卻至室溫。取出樣品，并將其研磨、篩分，而后分辨用稀鹽酸跟蒸餾水將樣品蕩滌數(shù)次，蕩滌之后的樣品在105 ℃下烘干2 h，即得到污泥活性炭[14]。依據(jù)在制備污泥活性炭進(jìn)程中所加入鋸末百分比不同，將0%、1%、2%跟3%鋸末投加量分辨表示為AC-0、AC-1、AC-2、AC-3。
1.2.2 吸附實(shí)驗(yàn)
首先，以亞甲基藍(lán)配置不同濃度的模仿染料廢水。而后，將一定量的污泥活性炭樣品投入盛有亞甲基藍(lán)溶液的錐形瓶中，并將錐形瓶放至水浴恒溫振蕩器中進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，逐時(shí)取出定量的溶液，并將其離心分別，測定上清液中亞甲基藍(lán)的濃度[15]。
1.2.3 表征與測試方法
通過掃描電鏡察看污泥活性炭的微觀形貌;利用紫外可見分光光度計(jì)對溶液中亞甲基藍(lán)的濃度進(jìn)行測定;利用X射線衍射儀對污泥活性炭進(jìn)行物相剖析。鋅離子濃度由電感耦合等離子體光譜儀測定剖析。
2 結(jié)果與探討
2.1 污泥活性炭表征剖析
通過SEM-EDX技巧對制備的污泥活性炭進(jìn)行表征剖析，圖1為100 000倍下1%鋸末增加的污泥活性炭的SEM圖。可能看出，以污泥為原料制備得到的活性炭存在豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，這些孔隙有利于加強(qiáng)污泥活性炭的吸附機(jī)能。由圖1可能看出，制備得到的活性炭名義以C跟O元素為主，包含局部的A
L、Zn跟S元素，這是因?yàn)槲鬯幚磉M(jìn)程中投加的藥品以及活性炭制備進(jìn)程投加的活化劑所導(dǎo)致的。
圖1 污泥活性炭的SEM圖及元素剖析
通過X射線衍射儀對污泥活性炭的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，貿(mào)易化活性炭在27°鄰近呈現(xiàn)C的標(biāo)準(zhǔn)峰，而所制得的活性炭與半成品活性炭因?yàn)榛罨瘻囟鹊年P(guān)聯(lián)并不產(chǎn)生晶型的變更，仍舊是無定形的狀況，然而在直接熱解產(chǎn)生的炭渣中卻察看到C以及Al2O3的峰。
圖2 不同資料的XRD剖析
由表1可能看出，污泥活性炭的比名義積約為369 m2·g−1，遠(yuǎn)高于半成品活性炭的12.7 m2·g−1。增加鋸末可能明顯進(jìn)步活性炭的比名義積，在鋸末增加量為1%時(shí)最高可達(dá)588 m2·g−1。并且隨著鋸末含量的升高，微孔比名義積跟微孔孔容分辨增高，說明鋸末的存在進(jìn)步了活性炭中微孔的比例，這可能是因?yàn)殇從┑脑黾佑欣诨罨瘎┑拈_孔[21]。在增加1%鋸末的污泥活性炭中，微孔供給了大概56.6%的比名義積跟50.1%的孔容，而殘余的比名義積跟孔容則是由中孔跟大孔供給的。
表1 污泥活性炭性質(zhì)
圖3為1 %鋸末增加的樣品活性炭的N2吸附-脫附等溫線。低p/p0區(qū)曲線凸向上，在較高p/p0區(qū)，N2 在介孔中呈現(xiàn)了毛細(xì)管凝集效應(yīng)，等溫線敏捷回升后趨于平坦。在絕對壓力瀕臨1之后，N2 在大孔上吸附，曲線回升。因?yàn)槊?xì)管凝集，在0.45~0.95之間呈現(xiàn)了吸附-脫附滯后回線，脫附等溫線在吸附等溫線的上方，存在明顯的IV型吸附脫附曲線特點(diǎn)。
圖3 污泥活性炭的N2吸附-脫附等溫線
2.2 不同資料吸附亞甲藍(lán)機(jī)能比較
將40 mg所制備的污泥活性炭樣品投入到50 mL亞甲基藍(lán)溶液中，考察不同吸附資料對亞甲基藍(lán)的吸附機(jī)能。如圖4所示，可能看出貿(mào)易化活性炭的吸附后果最好，反應(yīng)10 min可能將亞甲基藍(lán)吸附完全，AC-1在30 min對亞甲基藍(lán)吸附率達(dá)到99.3%;直接熱解產(chǎn)生的炭渣在30 min的吸附率僅為4.5%。說明活性污泥制備的活性炭絕對直接熱解產(chǎn)生的炭渣存在較大的上風(fēng)跟實(shí)用價(jià)值。
圖4 不同資料對亞甲基藍(lán)吸附的影響
2.3 鋸末增加量對污泥活性炭吸附效力的影響
將40 mg所制備的污泥活性炭樣品投入到50 mL亞甲基藍(lán)溶液中。考察不同鋸末增加的活性炭對亞甲基藍(lán)的吸附機(jī)能。如圖5所示，AC-0在30 min內(nèi)對亞甲基藍(lán)的吸附率僅為76.9%，而AC-1在30 min內(nèi)對亞甲基藍(lán)的吸附率為99.3%。這是因?yàn)殇從┑脑黾涌赡苓M(jìn)步活性炭的含碳量，從而改良其吸附機(jī)能[23]。然而，AC-2跟AC-3對亞甲基藍(lán)的吸附率約為93%，說明適量的鋸末增加反而會影響活性炭的吸附機(jī)能。相較于AC-1、AC-2、AC-3的微孔比名義積跟孔容均有所進(jìn)步，總的比名義積卻略微有所降落，說明中孔跟大孔在污泥活性炭中占的比例降落，導(dǎo)致亞甲基藍(lán)在孔道中傳質(zhì)阻力增加，從而降落了對亞甲基藍(lán)的吸附作用。因此，1%鋸末的活性炭對亞甲基藍(lán)吸附機(jī)能最好。
圖5 鋸末增加量對污泥活性炭吸附機(jī)能的影響
2.4 初始pH對吸附后果的影響
在不同初始pH前提下，考察污泥活性炭對亞甲基藍(lán)的吸附機(jī)能。如圖6所示，在不同pH前提下，30 min內(nèi)污泥活性炭對亞甲基藍(lán)均有較好的吸附后果。然而隨著pH的升高，亞甲基藍(lán)的吸附速率有所降落。活性炭名義有大量的含氧官能團(tuán)，它們作為吸附位點(diǎn)與亞甲基藍(lán)產(chǎn)生吸附作用。當(dāng)溶液pH升高，OH−與活性炭名義的含氧官能團(tuán)產(chǎn)生競爭吸附，導(dǎo)致對亞甲基藍(lán)的吸附減弱。具體接洽污水寶或參見http://www.dowater.com更多相干技巧文檔。
圖6 初始pH對污泥活性炭吸附機(jī)能的影響
2.5 溫度對污泥活性炭吸附機(jī)能的影響
將40 mg所制備的污泥活性炭樣品投入到50 mL亞甲基藍(lán)溶液中，考察不同反應(yīng)溫度對污泥活性炭吸附亞甲基藍(lán)的影響。污水處理設(shè)備為使污水達(dá)到排入某一水體或再次使用的水質(zhì)要求對其進(jìn)行凈化的過程。污水處理被廣泛應(yīng)用于建筑、農(nóng)業(yè)、交通、能源、石化、環(huán)保、城市景觀、醫(yī)療、餐飲等各個(gè)領(lǐng)域，也越來越多地走進(jìn)尋常百姓的日常生活。如圖7所示，溫度對污泥活性炭的吸附機(jī)能的影響較大。隨著反應(yīng)溫度的升高，污泥活性炭對吸附亞甲基藍(lán)的吸附效力明顯進(jìn)步。吸附反應(yīng)個(gè)別是放熱進(jìn)程，所以只有達(dá)到了吸附均衡，升高溫度會使吸附量降落。但在低溫時(shí)，有些吸附進(jìn)程短時(shí)光內(nèi)達(dá)不到均衡，而升高溫度會使吸附速率加快，并呈現(xiàn)吸附量增加的情況。溫度為45 ℃時(shí)，污泥活性炭對亞甲基藍(lán)的吸附效力最高，但在實(shí)際利用中，吸附反應(yīng)溫度很難達(dá)到45 ℃，所以本實(shí)驗(yàn)并未考慮高于45 ℃的情況。因此反應(yīng)溫度選定為25 ℃。
圖7 吸附溫度對亞甲基藍(lán)吸附量的影響
2.6 初始濃度對污泥活性炭吸附機(jī)能的影響
考察亞甲基藍(lán)初始濃度對污泥活性炭吸附機(jī)能造成的影響。由圖8可知，亞甲基藍(lán)的初始濃度不同，會導(dǎo)致污泥活性炭的吸附機(jī)能存在差別。初始濃度在較低的范疇內(nèi)時(shí)，污泥活性炭的吸附率隨初始濃度的變更不大。但隨著初始濃度的進(jìn)一步進(jìn)步，濃度達(dá)到80 mg·L−1時(shí)，污泥活性炭對亞甲基藍(lán)的吸附機(jī)能明顯降落。
圖8 初始濃度對亞甲基藍(lán)的吸附量的影響
2.7 吸附等溫線
Langmuir吸附等溫式同時(shí)實(shí)用于化學(xué)吸附跟在常溫、常壓下的物理吸附，描述的是單分子層吸附[25]，其線性表白式為：
Ce/qe = 1/bQm + Ce/Qm
Freundlich等溫吸附方程是一個(gè)教訓(xùn)公式，其線性表白情勢為:
lnqe = lnKF + 1/nlnCe
式中：Ce為吸附均衡時(shí)亞甲基藍(lán)的濃度，mg·L−1;qe為吸附均衡時(shí)的吸附容量，mg·g−1;Qm為單層飽跟吸附量，mg·g−1;b為Langmuir常數(shù)，L·mg−1;KF為Freundlich常數(shù);n為濃度指數(shù)。
分辨采取Langmuir跟Freundlich吸附等溫式對亞甲基藍(lán)的吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合剖析，結(jié)果見表2。可知，Langmuir跟Freundlich吸附等溫式均可能較好地表白亞甲基藍(lán)在污泥活性炭上的吸附。比較回歸系數(shù)R2可知，Langmuir吸附等溫式優(yōu)于Freundlich吸附等溫式，說明污泥活性炭對亞甲基藍(lán)為單分子層吸附。從Freundlich等溫式可知，1/n為0.704 2，說明n值大于1，污泥活性炭對亞甲基藍(lán)更輕易吸附。污泥活性炭對亞甲基藍(lán)的飽跟吸附量為79.33 mg·g−1。由圖9可知，污泥制備的活性炭在利用落伍行浸出實(shí)驗(yàn)，鋅離子的濃度均低于1.0 mg·L−1，滿意綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
表2 Langmuir跟Freundich方程擬合結(jié)果
圖9 不同pH下AC-1中 Zn2+溶出量
3 論斷
1)絕對直接熱解產(chǎn)生的炭渣，制備得到的活性炭對亞甲基藍(lán)存在較好的吸附容量。
2)隨著pH的升高，因?yàn)榛钚蕴颗c亞甲基藍(lán)之間的靜電力作用，污泥活性炭對亞甲基藍(lán)的吸附速率有一定降落，酸性前提下較好，中性前提下絕對較差。
3)在5～45 ℃的范疇內(nèi)，污泥活性炭對亞甲基藍(lán)的吸附才干隨著溫度的升高而進(jìn)步。污水處理設(shè)備為使污水達(dá)到排入某一水體或再次使用的水質(zhì)要求對其進(jìn)行凈化的過程。污水處理被廣泛應(yīng)用于建筑、農(nóng)業(yè)、交通、能源、石化、環(huán)保、城市景觀、醫(yī)療、餐飲等各個(gè)領(lǐng)域，也越來越多地走進(jìn)尋常百姓的日常生活。
4) 污泥活性炭對亞甲基藍(lán)的吸附進(jìn)程合乎Langmuir吸附，亞甲基藍(lán)的飽跟吸附量為79.33 mg·g−1。污水處理設(shè)備為使污水達(dá)到排入某一水體或再次使用的水質(zhì)要求對其進(jìn)行凈化的過程。污水處理被廣泛應(yīng)用于建筑、農(nóng)業(yè)、交通、能源、石化、環(huán)保、城市景觀、醫(yī)療、餐飲等各個(gè)領(lǐng)域，也越來越多地走進(jìn)尋常百姓的日常生活。
