改性污泥活性炭對苯乙烯的吸附.pdf

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1、第32卷第5期環(huán)境化學(xué)Vo1．32，No．52013焦5月ENVIR0NMENTALCHEMISTRYMav2013DOI：10．7524／j．issn．0254-6108．2013．05．016改性污泥活性炭對苯乙烯的吸附任愛玲符鳳英曲一凡張靜郭斌(河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，石家莊，050018)摘要以城市污泥為原料制備活性炭，對其進(jìn)行改性，研究了改性前后的比表面積、表面酸堿基團(tuán)、對苯乙烯的靜態(tài)吸附容量、吸附穿透曲線、脫附活化能等吸附性能．結(jié)果表明，硫酸銅溶液浸漬改性后可使污泥活性炭比表面積明顯提高，其中0．1tool·L硫酸銅溶液浸漬改性的污泥活性炭較改性前的比表面積提高了32

2、％(達(dá)704．7m·g)．硫酸鋁溶液和硫酸銅溶液浸漬改性可以使污泥活性炭表面酸性基團(tuán)含量提高、表面堿性基團(tuán)含量減少；對苯乙烯的靜態(tài)吸附容量提高到改性前的兩倍以上(分別達(dá)2l1．4mg·g和178．8mg·g)、對苯乙烯的動(dòng)態(tài)吸附穿透時(shí)間由2rain提高到10min以上、脫附活化能由2．94kJ·mol提高到6kJ·tool以上．改性后活性污泥炭的吸附性能得到明顯提高．關(guān)鍵詞污泥活性炭，苯乙烯，吸附．苯乙烯(c。H。)易燃、有毒、惡臭，是典型揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)氣體之一，對人眼和上呼吸道粘膜有刺激和麻醉作用．隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，有機(jī)廢氣的排放迅速增加，大氣污染越來越嚴(yán)重，國家對苯乙烯的

3、排放有著嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)．活性炭吸附法因其去除率高、凈化徹底、能耗低、工藝成熟、容易推廣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于低濃度VOCs的脫除，但因VOCs種類多，實(shí)際應(yīng)用中，普遍存在活性炭選擇性差，吸附容量小，周期短等缺點(diǎn)J，常需對活性炭改性以提高其活性。J．污泥活性炭是以污水處理所得污泥為原料制成活性炭]，因其制備成本低，可用于污水處理、惡臭處理，有毒有害物質(zhì)的去除，成為近年來關(guān)注的熱點(diǎn)．目前，污泥活性炭應(yīng)用研究主要集中在廢水處理J、吸附SO、NO、甲醛等廢氣處理方面等“j，應(yīng)用于苯乙烯的吸附方面尚鮮見報(bào)道．本課題在前期的研究中發(fā)現(xiàn)污泥活性炭對廢水中苯酚有較好的吸附能力，其中C~---C、C—H、N—

4、O、c—OH是活性炭表面功能團(tuán)，為拓展其在VOCs脫除方面的應(yīng)用范圍，本文探討了對污泥活性炭進(jìn)行金屬離子改性，進(jìn)一步提高其吸附性能，考察了改性污泥活性炭吸附凈化含苯乙烯廢氣的效果．1實(shí)驗(yàn)部分1．1實(shí)驗(yàn)用材料污泥活性炭：以石家莊橋東污水處理廠剩余污泥為原料，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)40％的氯化鋅為活化劑，固液比為1：2，在600℃下活化40min制得活性炭．其最可幾孔徑分布在4．16nm左右，具有介空結(jié)構(gòu)；平均孔容為0．4484—0．5122mL·g～，比表面積為533．448in·g～．1．2污泥活性炭的改性采用過量浸漬法進(jìn)行污泥活性炭的改性，稱取一定量經(jīng)純水浸泡、煮沸、沖洗預(yù)處理的污泥活性炭樣品，分

5、別置于0．05、0．10、0．15、0．20、0．25mol·L～A1(SO)3和CuSO的水溶液中，于室溫下浸漬24h，采用去離子水沖洗直至溶液為中性、抽濾、110℃下烘干，制得不同金屬離子的改性活性炭H．未改性的污泥活性炭記為SCY．1．3比表面積由美國康塔公司生產(chǎn)的NOVA2000e比表面積孔徑測定儀測定活性炭改性前后的比表面積，將定量2012年7月19日收稿．}國家環(huán)保公益基金資助項(xiàng)目(201109004)資助．}}通訊聯(lián)系人，Tel：13323113158；E—mail：ailingr@163．12011環(huán)境化學(xué)32卷的脫氣活性炭試樣置于氮?dú)饬髦?，待活性炭吸附的氮?dú)馄胶夂螅瑴y定

6、其吸附量，計(jì)算出活性炭試樣的比表面積．BET多分子層吸附模型可以較為合理地解釋等溫吸附過程．1．4Boehm滴定用Boehm滴定法計(jì)算出活性炭表面酸性基團(tuán)含量和表面堿性基團(tuán)含量．準(zhǔn)確稱量一定量干燥好的活性炭樣品兩份，分別用0．1mol·L鹽酸溶液和0．1mol·L氫氧化鈉溶液浸泡樣品，使活性炭表面的酸堿基團(tuán)發(fā)生酸堿中和反應(yīng)．過濾后用0．1mol·L的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定堿液，計(jì)算出活性炭表面酸性基團(tuán)量．0．1mol·L的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定酸液，計(jì)算表面堿性基團(tuán)含量．1．5靜態(tài)吸附容量干燥器下層放液態(tài)苯乙烯，上層放已知質(zhì)量的活性炭樣品．放置于室溫條件下，讓苯乙烯自然揮發(fā)，形成一定濃度的有機(jī)氣

7、體，與活性炭表面接觸而進(jìn)行吸附．每隔一定時(shí)間測活性炭樣品的質(zhì)量，當(dāng)活性炭樣品質(zhì)量()不再變化時(shí)，說明吸附達(dá)到平衡．吸附容量=(M。一M0)／M0．1．6吸附穿透曲線采用TP一5080全自動(dòng)多用程序升溫吸附儀在活性炭裝量100mg、溫度4O℃、N為載氣、質(zhì)量流量3OmL·min的吸附條件下動(dòng)態(tài)吸附苯乙烯尾氣，用氣相色譜儀在線檢測進(jìn)出氣中的苯乙烯濃度，測定樣品對苯乙烯的吸附穿透曲線．1．7脫附活化能根據(jù)TP一5080全自動(dòng)多用吸附儀在不