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。經(jīng)前期剖析發(fā)明，印染污泥中含有大量的有機質(zhì)、SiO2等物質(zhì)，若將印染污泥進行高溫煅燒，有機質(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際產(chǎn)業(yè)化利用存在重要事實意思。
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模仿染料廢水。通過對污泥活性炭進行表征，剖析其孔隙結(jié)構(gòu)及名義特點。研究不同反應(yīng)前提對污泥活性炭吸附亞甲基藍的影響，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。該實驗結(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
實驗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、氯化鋅、鹽酸均購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司，鋸末為100%楊木鋸末。實驗所用水由Milli-Q超純水機制得。
1.2 方法
1.2.1 污泥活性炭的制備
本實驗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 吸附實驗
首先，以亞甲基藍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溶液的錐形瓶中，并將錐形瓶放至水浴恒溫振蕩器中進行吸附實驗。在實驗進程中，逐時取出定量的溶液，并將其離心分別，測定上清液中亞甲基藍的濃度[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對溶液中亞甲基藍的濃度進行測定;利用X射線衍射儀對污泥活性炭進行物相剖析。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?？赡芸闯觯晕勰酁樵现苽涞玫降幕钚蕴看嬖谪S富的孔隙結(jié)構(gòu)，這些孔隙有利于加強污泥活性炭的吸附機能。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，這是因為污水處理進程中投加的藥品以及活性炭制備進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)進行剖析，實驗結(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為活化溫度的關(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，遠高于半成品活性炭的12.7 m2·g−1。增加鋸末可能明顯進步活性炭的比名義積，在鋸末增加量為1%時最高可達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，說明鋸末的存在進步了活性炭中微孔的比例，這可能是因為鋸末的增加有利于活化劑的開孔[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。因為毛細管凝集，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。
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機能比較
將40 mg所制備的污泥活性炭樣品投入到50 mL亞甲基藍溶液中，考察不同吸附資料對亞甲基藍的吸附機能。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可能將亞甲基藍吸附完全，AC-1在30 min對亞甲基藍吸附率達到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)跟實用價值。
圖4 不同資料對亞甲基藍吸附的影響
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亞甲基藍溶液中?？疾觳煌從┰黾拥幕钚蕴繉喖谆{的吸附機能。如圖5所示，AC-0在30 min內(nèi)對亞甲基藍的吸附率僅為76.9%，而AC-1在30 min內(nèi)對亞甲基藍的吸附率為99.3%。這是因為鋸末的增加可能進步活性炭的含碳量，從而改良其吸附機能[23]。然而，AC-2跟AC-3對亞甲基藍的吸附率約為93%，說明適量的鋸末增加反而會影響活性炭的吸附機能。相較于AC-1、AC-2、AC-3的微孔比名義積跟孔容均有所進步，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)致亞甲基藍在孔道中傳質(zhì)阻力增加，從而降落了對亞甲基藍的吸附作用。因此，1%鋸末的活性炭對亞甲基藍吸附機能最好。
圖5 鋸末增加量對污泥活性炭吸附機能的影響
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的吸附機能。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均有較好的吸附后果。然而隨著pH的升高，亞甲基藍的吸附速率有所降落?；钚蕴棵x有大量的含氧官能團，它們作為吸附位點與亞甲基藍產(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產(chǎn)生競爭吸附，導(dǎo)致對亞甲基藍的吸附減弱。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能的影響
2.5 溫度對污泥活性炭吸附機能的影響
將40 mg所制備的污泥活性炭樣品投入到50 mL亞甲基藍溶液中，考察不同反應(yīng)溫度對污泥活性炭吸附亞甲基藍的影響。污水處理設(shè)備為使污水達到排入某一水體或再次使用的水質(zhì)要求對其進行凈化的過程。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、餐飲等各個領(lǐng)域，也越來越多地走進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的吸附效力明顯進步。吸附反應(yīng)個別是放熱進程，所以只有達到了吸附均衡，升高溫度會使吸附量降落。但在低溫時，有些吸附進程短時光內(nèi)達不到均衡，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，污泥活性炭對亞甲基藍的吸附效力最高，但在實際利用中，吸附反應(yīng)溫度很難達到45 ℃，所以本實驗并未考慮高于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吸附量的影響
2.6 初始濃度對污泥活性炭吸附機能的影響
考察亞甲基藍初始濃度對污泥活性炭吸附機能造成的影響。由圖8可知，亞甲基藍的初始濃度不同，會導(dǎo)致污泥活性炭的吸附機能存在差別。初始濃度在較低的范疇內(nèi)時，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一步進步，濃度達到80 mg·L−1時，污泥活性炭對亞甲基藍的吸附機能明顯降落。
圖8 初始濃度對亞甲基藍的吸附量的影響
2.7 吸附等溫線
Langmuir吸附等溫式同時實用于化學(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為吸附均衡時亞甲基藍的濃度，mg·L−1;qe為吸附均衡時的吸附容量，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的吸附數(shù)據(jù)進行擬合剖析，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更輕易吸附。污泥活性炭對亞甲基藍的飽跟吸附量為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驗，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存在較好的吸附容量。
2)隨著pH的升高，因為活性炭與亞甲基藍之間的靜電力作用，污泥活性炭對亞甲基藍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的吸附才干隨著溫度的升高而進步。污水處理設(shè)備為使污水達到排入某一水體或再次使用的水質(zhì)要求對其進行凈化的過程。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、餐飲等各個領(lǐng)域，也越來越多地走進尋常百姓的日常生活。
4) 污泥活性炭對亞甲基藍的吸附進程合乎Langmuir吸附，亞甲基藍的飽跟吸附量為79.33 mg·g−1。污水處理設(shè)備為使污水達到排入某一水體或再次使用的水質(zhì)要求對其進行凈化的過程。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、餐飲等各個領(lǐng)域，也越來越多地走進尋常百姓的日常生活。
