污泥生物炭水熱制備及其對染料脫色研究.pdf

1、吸附法和高級氧化法是處理染料廢水常用方法。但傳統(tǒng)的吸附工藝以活性炭作為吸附劑，成本較高，且飽和后活性炭需要高溫再生。常用的高級氧化工藝Fento n法，會產生大量鐵泥廢棄物，且Fe3+影響出水色度。針對上述問題，本論文選用城市污泥固體廢棄物作為原料，采用水熱法將過渡金屬Co和Fe負載在污泥生物炭上，污泥生物炭/鈷吸附材料和污泥生物炭/鈷/鐵類芬頓催化材料。采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外、熱重分析等多種表征手段對材料進行微觀結

2、構分析，同時選用剛果紅作為染料廢水檢驗材料的吸附和催化降解性能。
　　通過研究，本論文得到以下結論：以單獨污泥作為原料，采用水熱法制備污泥生物炭。通過單因素實驗，分別考察水熱溫度、水熱時間、水熱pH和固體污泥填充質量四個因素對污泥生物炭處理剛果紅染料廢水的影響，得出最優(yōu)的水熱條件為：水熱溫度：180℃；水熱時間：3h；水熱pH：9；固體污泥填充質量：1g。通過表征分析發(fā)現污泥經水熱法處理后，有機質發(fā)生碳化，產生多孔的結構，提高了材

3、料的比表面積，且熱穩(wěn)定性提高，表面含氧官能團減少導致親水性減弱。
　　為進一步提高污泥生物炭的吸附性能，本研究在制備污泥生物炭的過程中摻雜過渡金屬鈷元素，當鈷摻雜量達到8g/L時，摻鈷材料的比表面積從污泥生物炭的42.651 m2/g提高到71.579 m2/g，對剛果紅的去除率從42.8％提高到97.3%。同時研究吸附溫度、pH、染料配水溶劑等對剛果紅去除的影響。研究結果表明，材料對于剛果紅的吸附屬于放熱反應，溫度的升高會降低去

4、除率，所以選擇最優(yōu)的吸附溫度為25℃；酸性環(huán)境對去除率影響較小，但是當pH調節(jié)為堿性時，去除率降低，分析原因是OH-與剛果紅染料競爭吸附劑表面的活性位點；選用自來水模擬實際水體，會導致去除率降低，但去除率僅降低4.38%，分析主要原因是自來水中雜質占據活性吸附位點。探究吸附材料對與剛果紅的去除機理，材料對于剛果紅的吸附遵循二級動力學模型，說明該吸附屬于化學吸附；材料對于剛果紅的吸附等溫線更符合Langmuir型等溫吸附，說明該吸附過程屬

5、于單分子層吸附。
　　基于以上研究，制備污泥生物炭/鈷/鐵類芬頓催化材料，用于處理高濃度剛果紅染料廢水。通過單因素實驗，探究鐵離子摻雜量、材料投加量、雙氧水投加量、溶液pH對降解率的影響。摻雜4 mmol Fe3+的復合材料的最優(yōu)反應條件為：材料的投加量為1g/L，雙氧水的投加量為0.75 mL/L，反應體系的pH為3，此時剛果紅的脫色率可達100%。SEM表征發(fā)現，Fe3+的加入使得復合材料出現了直徑為300nm的炭微球，炭微球

6、結構均一。VSM表征分析發(fā)現，復合材料的飽和磁強度較單獨加入鈷材料有所提高，飽和磁強度為17.749 emu/g，這與XRD分析中Fe3O4的生成研究結果一致。說明Fe3+的加入，有利于材料從溶液中的分離。XPS表征分析得知復合材料的主要元素組成為C、Fe、Co、O，這也證明了在水熱反應條件下，污泥生物炭、鈷元素、鐵元素很好的結合到了一起，形成了結構優(yōu)良的復合材料。研究復合材料對剛果紅的去除機理，表明復合材料與 H2O2構成類Fento