介孔碳的改性及吸附高盐染料废水研究

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常见的高盐有机废水通常不仅含有高浓度的可溶性无机盐(SO42-,Cl-,Ca2+,Na+等)、有机物、重金属和油类,还含有难以生物降解的各种有机物质。这种类型的废水不仅处理昂贵,而且难以处理。传统的处理方法有一些缺点或不足,例如,物理和化学方法不能有效降低废水中有机物的浓度,而生物方法中,微生物的生长受到高浓度盐的限制。因此,如何有效治理高浓度含盐有机废水的污染已成为人们关注的焦点。为了探索高盐环境下有机物去除的有效方法,以含5%Na Cl的亚甲基蓝模拟废水为处理对象,亚甲基蓝初始浓度为100 mg/L,采用介孔碳吸附法,研究不同介孔碳的制备条件、改性方法及对亚甲基蓝溶液吸附效果的影响,分析介孔碳吸附的热力学和动力学规律,结合SEM、BET等表征探究其吸附机理。主要研究工作及成果如下:(1)采用软模板法,选取葡萄糖、蔗糖、木质素及酚醛树脂作为不同的碳源,P123和F127用作单一模板,P123/F127用作复合模板。通过控制盐酸体积、炭烧温度及时间等工艺条件,制备介孔碳材料,用于处理含5%Na Cl的亚甲基蓝模拟废水,亚甲基蓝初始浓度为100 mg/L。结果表明,选用间苯三酚/甲醛为碳源,质量比为1:3的P123/F127复合模板剂,0.15 m L的盐酸为催化剂,600℃的炭烧温度,3 h的炭烧时间,制备出的介孔碳材料最好,其对高盐亚甲基蓝溶液的吸附量为314.9mg/g,是活性炭的1.34倍,缩短了吸附平衡时间。(2)采用各种不同改性方法,如氧化改性法、微波改性法、接枝改性法和有机改性法等等,将所制得的改性介孔碳对高盐亚甲基蓝溶液进行吸附处理,其中高盐亚甲基蓝溶液为含5%Na Cl的亚甲基蓝初始浓度为100 mg/L的溶液,对比其不同的吸附效果,结果表明,与原介孔碳相比,氧化改性吸附处理高盐亚甲基蓝溶液的效果不明显,微波改性和接枝改性的效果较好,有机改性的效果最佳,其对高盐亚甲基蓝溶液的去除率可达90%以上。(3)控制不同影响因素,如吸附时间、初始亚甲基蓝浓度、初始盐浓度、吸附剂投加量、吸附温度和Na2SO4的影响等,进行单因素吸附试验。结果表明,以有机改性介孔碳吸附处理高盐亚甲基蓝溶液的模拟废水,亚甲基蓝溶液浓度为300 mg/L,初始盐浓度为5%最合适,投加量为0.1 g,吸附温度为40℃,吸附时间为180 min,此时改性介孔碳吸附容量为460 mg/g,亚甲基蓝去除率为91.67%。在总盐度恒定条件下,改性介孔碳对亚甲基蓝溶液的去除率与吸附量随Na2SO4含量增加而减少,这说明Na2SO4对改性介孔碳脱色造成的影响大于Na Cl。(4)通过吸附等温线和吸附动力学进行性能评价,使用不同的表征方法进行研究,如SEM、BET等,结果表明,高盐亚甲基蓝溶液在改性介孔碳上的吸附较好的符合Langmuir吸附等温式,b值随着盐浓度的升高而增大,说明吸附量与盐浓度呈正相关;其吸附行为符合准二级动力学方程,吸附速率常数随盐浓度的增加而增大;改性介孔碳较原介孔碳具有更大比表面积和孔容,更有利于污染物质接触到吸附面且提供更大的吸附空间。综上所述,拟采用高盐亚甲基蓝模拟废水作为吸附对象,研究制备介孔碳,对介孔碳进行改性,并且通过对模拟废水进行单因素吸附试验,优选出吸附效果最优的改性介孔碳进行性能评价,并对其采用各种表征手段探究其吸附机理,为处理高盐有机废水拓展新方法,为高盐有机废水的高效处理提供理论依据和技术支持。
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