活性炭污泥吸附剂的制备 研究

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1、书书书第 24 卷 第 4 期2005 年 7 月环 境 化 学ENVIRONMENTAL CHEMISTRYVol. 24，No. 4July 2005 2004 年 10 月 23 日收稿. !江苏省建设厅科技计划项目（JS200310） . !联系人.活性炭污泥吸附剂的制备研究!余兰兰 钟 秦!（南京理工大学化工学院，南京，210094）摘 要 以城市污水厂的剩余污泥为原料，采用不同活化方法制备活性炭吸附剂，并对影响活化产物吸附性能的因素进行了研究. 结果表明，化学活化法制备的活性炭污泥吸附剂性能较好，其最佳制备条件为：活化剂 ZnCl2与 H2SO4的浓度均为 5moll-1（ZnCl

2、2与 H2SO4的复配比例为 21 1） ，活化温度 550C，固液比11 2. 5，活化时间 21. 活性炭污泥吸附剂的碘吸附值为 488. 02mgg-1，收率为 86. 6%，与商品颗粒活性炭对比，活性炭污泥吸附剂的比表面积为 144. 47m2g-1，孔径分布比较宽，以过渡孔结构为主，电镜分析结果与之吻合，金属元素含量较高.关键词 污泥，活性炭，吸附剂. 城市污水处理过程中会产生大量的剩余污泥，目前，国内城市污水处理厂的污泥一般采用露天堆放、运往垃圾填埋厂填埋、直接作农肥和花肥三种处理方法1. 由于生化处理污泥含炭较多，可通过化学途径将其制成价格低廉的吸附剂，国内外在利用污泥制取活性炭

3、吸附剂方面做过一些基础性研究26. 本文以生化处理的剩余污泥为原料，利用活化改性方法制备活性炭吸附剂.1 实验部分1. 1 活性炭污泥吸附剂的制备 污泥为某城市污水厂生化法处理生活废水产生的剩余污泥.在不锈钢加热管中装填干污泥约30g，置于 SK-2-10 高温管式电阻炉中热解，利用氮气隔绝空气（氮气流量约为 500mlmin-1） ，加热速率控制 5Cmin-1. 物理活化法 取干污泥（烘 241 后）于 550C炭化 21，通入水蒸气（流量约为 200mlmin-1） ，温度保持在 550C，活化 21，产物烘 241. 化学活化法 取干污泥按一定比例加入活化剂溶液，静置 241，烘 24

4、1，处理后的污泥进行热解.产物用 3moll-1HCl 和 70C去离子水漂洗，烘 241. 物理化学活化法 取化学活化产物，同时通入氮气与水蒸气，于 550C活化 21，产物烘 241.1. 2 分析方法 污泥含水率和灰份的测定分别依据 GB7702. 1-1997 和 GB7702. 15-1997；活性炭污泥吸附剂碘值的测定依据 GB7702. 7-1997；收率利用重量法计算（产物与干污泥重量比值） ；另外，采用 COUL-TER3100 比表面积分析仪、LEO1530 扫描电子显微镜、AA320CRT 原子吸收分光光度计对吸附性能进行测定.2 结果与讨论2. 1 不同活化方法制备的活

5、性炭污泥吸附剂的性质 剩余污泥的含水率为 93. 00%，灰份含量为 50. 68%. 采用不同活化方法制备的活性炭污泥吸附剂其碘值及收率如表 1 所示. 由表 1 可知，化学活化法制备的吸附剂碘值最高，性能最好. 为了发挥402 环 境 化 学24 卷化学试剂的协同活化作用，将活化效果较好的 5moII-1ZnCI2溶液与相同浓度的 H2SO4溶液复配作为活化剂，不同比例的复配活化剂制备的吸附剂性质见表 2. 由表 2 可知，ZnCI2与 H2SO4复配活化剂制备的吸附剂性能较好，二者的最佳复配比例为 21 1.表 1 活化方法的对比Table 1 Contrast of different

6、 activations方法炭化物理活化化学活化物理化学活化商品颗粒活性炭碘吸附值/ mgg-15. 5013. 15332. 09277. 81473. 16收率/ 50. 550. 451. 153. 8 注：化学活化所用活化剂 ZnCI2溶液浓度：5moII-1；温度：550C；固液比：11 2. 5；活化时间：21.表 2 不同比例复配的活化剂对比Table 2 Contrast of different ratios of compIeX activatorZnCI21 H2SO4! 1 31121111 111 211 3碘吸附值/ mgg-1309. 60488. 02296.

7、30238. 96188. 28收率/ 88. 186. 676. 972. 468. 62. 2 活化温度的影响 在活化剂浓度均为 5moII-1，ZnCI2与 H2SO4复配比例为 21 1，固液比为 11 2. 5，活化时间为 21的条件下，活化温度的影响如图 1 所示. 由图 1 可知，温度对活化产物的性能影响较大，最佳活化温度为 550C.2. 3 活化剂浓度的影响 在活化温度为 550C，ZnCI2与 H2SO4复配比例为 21 1，固液比为 11 2. 5，活化时间为 21 的条件下，活化剂浓度的影响如图 2 所示. 由图 2 可知，活化剂浓度的影响也较大，随着活化剂浓度的增加，

8、活化产物的碘值及收率均增加，至 ZnCI2浓度为 7moII-1时趋于平稳，ZnCI2浓度为 5moII-1制备的吸附剂性能最好.图 1 活化温度的影响Fig. 1 Effect of activation temperature图 2 活化剂浓度的影响Fig. 2 Effect of activatior concention2. 4 固液比（干污泥与活化剂重量比）的影响 在活化温度为550C，活化剂浓度均为5moII-1，ZnCI2与 H2SO4复配比例为21 1，活化时间为21的条件下，固液比的影响如图 3 所示. 由图 3 可知，固液比的影响相对较小，最佳固液比为11 2. 5.2.

9、5 活化时间的影响 在活化温度为550C，活化剂浓度均为 5moII-1，ZnCI2与 H2SO4复配比例为 21 1，固液比为112. 5的条件下，活化时间的影响如图 4 所示. 由图 4 可知，活化时间的影响也相对较小，最佳活化时间为21.2. 6 吸附剂的表征 对比商品颗粒活性炭，活性炭污泥吸附剂比表面积及孔结构的测定结果见表 3. 由表 3 可知，活性炭污泥吸附剂的孔径分布比较宽，微孔所占比例较小，以过渡孔结构为主，比表面积较小. 商品颗 4 期余兰兰等：活性炭污泥吸附剂的制备研究403 粒活性炭的孔径分布较窄，主要为微孔结构，比表面积较大. 电镜分析与测试结果相吻合.图 3 固液比的

10、影响Fig. 3 Effect of ratio of soIid to Iiguid图 4 活化时间的影响Fig. 4 Effect of time of activation表 3 吸附剂孔结构参数Table 3 Pore characteristics of adsorbents 参数孔体积/ mIg-1微孔体积/ mIg-1平均孔径/ nm比表面积/ m2g-1 活性炭污泥吸附剂0. 050. 0238. 51144. 47 商品颗粒活性炭0. 100. 0718. 27633. 39 对比商品颗粒活性炭，测定活性炭污泥吸附剂金属元素含量，结果见表 4. 由表 4 可知，活性炭污泥吸附

11、剂金属元素含量高于商品颗粒活性炭.表 4 吸附剂金属元素含量（%）Table 4 Rontent of metaI eIements of adsorbents 金属元素含量NiPbCrCdCuKZn 活性炭污泥吸附剂0. 070. 0050. 20. 00050. 020. 014. 3 商品颗粒活性炭0. 0040. 0050. 00010. 020. 010. 023 结论 （1）利用城市污水厂的剩余污泥，用化学活化法制备的活性炭吸附剂性能较好，碘吸附值接近商品颗粒活性炭，为 488. 02mgg-1，收率为 86. 6%.最佳制备条件：ZnCI2与 H2SO4的浓度均为5moII-1（

12、复配比例为 21 1） ，活化温度 550C，固液比 11 2. 5，活化时间 2h. （2）活性炭污泥吸附剂的孔径分布比较宽，以过渡孔结构为主，比表面积为 144. 47m2g-1. （3）活性炭污泥吸附剂金属元素含量高于商品颗粒活性炭.参 考 文 献 1 马那，陈玲，熊飞，我国城市污泥的处理与利用，生态环境，2003，12（1）1 9295 2 吴健，乔华，利用污水污泥制取活性炭的试验研究. 中国给水排水， 1990， 6（3）1 1923 3 张仲燕，卞华松，庞文静，生化污泥改性制含碳吸附剂及应用研究. 上海环境科学， 1996，9（3）1 2224 4 Ivan L G，Christo

13、pher J S，Geoffrey F et aI. ，Use of Liguid ChemicaI Waste to Produce a CIay - Carbon Adsorbent.Chem.Technol.Biotechnol . ， 1998，721 329338 5 Xiaoge C，JeyaseeIan S，Graham N，PhysicaI and ChemicaI Properties Study of the Activated Carbon Made from Sewage SIudge. WasteManagement， 2002，221 755760 6 Otero

14、M，Rozada F，CaIvo L F et aI. ，EIimination of Organic Water PoIIutants Using Adsorbents Obtained from Sewage SIudge.Dyesand Pigments， 2003，571 5565404 环 境 化 学24 卷THE RESEARCH OF PREPARATION OF ACTIVATED CARBONADSORBENT MADE FROM SEWAGE SLUDGEYU Lan-lan ZHONG Oin（SchooI of ChemicaI Engineering，Nanjing

15、University of Science and TechnoIogy，Nanjing，210094）ABSTRACT Taking surpIus sIudge as raw materiaI and using different activations to prepare activated carbon adsor-bents，and studying the affected factors on the adsorbent abiIity of the activated product have been conducted.The resuIts showed that t

16、he activated carbon adsorbent made by chemicaI activation was better，and the opti-mum activator was compIex of ZnCI2and H2SO4，and the optimum preparation conditions were concention oftwo activators 5moII-1（the ratio of ZnCI2and H2SO4was 21 1） ，activation temperature 550C， the ra-tio of soIid to Iigu

17、id 11 2. 5，time of activation 2 hours.The capacity of iodine adsorption was 488. 02mgg-1，the rate of achievement was 86. 6%，contrasting commodity of peIIet carbon，the abiIities of activatedcarbon adsorbent were studied，the surface area，pore voIume，micropore voIume and average pore size were144. 47m2

18、g-1，0. 05mIg-1，0. 02mIg-1and 38. 51nm respectIy. The pore structure was characterizedby scanning eIectron microscope（SEM） ，the content of metaI eIements was higher. Keywords：sIudge，activated carbon，adsorbent.活性炭污泥吸附剂的制备研究活性炭污泥吸附剂的制备研究作者：余兰兰， 钟秦， YU Lan-lan， ZHONG Qin作者单位：南京理工大学化工学院,南京,210094刊名：环境化学英

19、文刊名：ENVIRONMENTAL CHEMISTRY年，卷(期)：2005,24(4)被引用次数：15次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.马那;陈玲;熊飞 我国城市污泥的处理与利用期刊论文-生态环境 2003(01)2.吴健;乔华 利用污水污泥制取活性炭的试验研究 1990(03)3.张仲燕;卞华松;庞文静 生化污泥改性制含碳吸附剂及应用研究 1996(03)4.Ivan L G;Christopher J S;Geoffrey F Use of Liquid Chemical Waste to Produce a Clay-CarbonAdsorbent外文期刊 19985.Xiaog

20、e C;Jeyaseelan S;Graham N Physical and Chemical Properties Study of the Activated CarbonMade from Sewage Sludge外文期刊 2002(7)6.Otero M;Rozada F;Calvo L F Elimination of Organic Water Pollutants Using Adsorbents Obtainedfrom Sewage Sludge外文期刊 2003 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1. 余兰兰.钟秦.Yu Lan-lan.Zhong Qin

21、污水厂污泥制备活性炭吸附剂及其应用期刊论文-水处理技术2006,32(5)2. 余兰兰.钟秦.YU Lan-Lan.ZHONG Qin 污水厂污泥制备吸附剂及其在水处理中的应用期刊论文-应用化学2006,23(4)3. 柯玉娟.陈泉源.张立娜.Ke Yujuan.Chen Quanyuan.Zhang Lina 污泥活性炭的制备及其对溶液中Cr6+的吸附期刊论文-化工环保2009,29(1)4. 余兰兰.钟秦.YU Lan-lan.ZHONG Qin 由活性污泥制备的活性炭吸附剂的性质及应用期刊论文-大庆石油学院学报2005,29(5)5. 余宏伟.余兰兰.郑凯 剩余污泥制备活性炭吸附剂及其应

22、用研究会议论文-20056. 陈红燕.羊依金.谭显东.胡蕾.王恒.CHEN Hong-yan.YANG Yi-jin.TAN Xian-dong.HU Lei.WANG Heng 城市剩余污泥制备吸附剂的研究及其应用期刊论文-四川环境2009,28(6)7. 张双全.董明建.岳晓明.殷志源 城市污泥与秸秆共热解制活性炭吸附剂城市污泥处理新思路期刊论文-中国科技成果2010(4)8. 邵瑞华.房平 硫酸-微波法制备污泥活性炭研究期刊论文-环境保护与循环经济2010,30(9)9. 余兰兰.钟秦.冯兰兰.YU Lanlan.ZHONG Qin.FENG Lanlan 城市污水厂剩余污泥制备烟气脱硫

23、吸附剂期刊论文-化工进展2006,25(2)10. 赵芝清.汪辉.苏国栋.张彦.ZHAO Zhi-qing.WANG Hui.SU Guo-dong.ZHANG Yan 以不同污泥为原料制备活性炭及其对Cr(VI)的吸附期刊论文-安全与环境工程2008,15(2) 引证文献(15条)引证文献(15条)1.张双全.周家珍.李静云.王壬峰.杨忠福.贺彬艳.李鹏 城市污泥热解过程中重金属的形态转化模拟研究期刊论文-中国矿业大学学报 2012(6)2.李静云.张双全.潘亭亭.王壬峰 城市污泥热解重金属Cd的形态变化机理期刊论文-安徽农业科学 2011(32)3.潘亭亭.张双全.张秋荣.李静云.周记玲.

24、冀有俊 城市污泥与玉米秸秆共热解重金属的形态变化期刊论文-中国矿业大学学报 2011(3)4.张立娜.陈泉源.柯玉娟.高佳兴 污泥活性炭的制备及其对染料废水脱色性能的研究期刊论文-安全与环境工程 2009(1)5.包汉峰.杨维薇.张立秋.封莉 污泥基活性炭去除水中重金属离子效能与动力学研究期刊论文-中国环境科学 2013(1)6.张双全.武娜.董明建.吕国平.潘亭亭 城市污泥与玉米秸秆共热解制备吸附剂的研究期刊论文-中国矿业大学学报 2011(5)7.范晓丹.张襄楷 活化条件影响-Al2O3膜/污泥活性炭吸附脱硫机理期刊论文-陶瓷学报 2009(2)8.沈伯雄.张增辉.李力.黄海峰 热解终温对

25、污泥热解残渣特性的影响期刊论文-环境污染与防治 2011(2)9.李波.邵瑞华.房平.任娟 污泥活性炭技术及其应用进展期刊论文-河南化工 2011(13)10.翟付群.胡舒 剩余活性污泥的处置与利用期刊论文-广西轻工业 2009(4)11.张襄楷.范晓丹.徐廷献 -Al2O3膜改性污泥活性炭的制备及其脱硫性能期刊论文-硅酸盐学报 2008(11)12.丁文川.刘任露.曾晓岚.杨阳.何琴.王彦祥 污泥热解残渣对废水中Cr(VI)去除作用的研究期刊论文-安全与环境学报 2010(4)13.方平.岑超平.陈定盛.唐志雄.李雪艳 用污水处理厂脱水污泥制备含炭吸附剂期刊论文-化工环保2008(3)14.何慧军.杨春平.罗胜联.郑颖.刘莉华 改性污泥活性炭对水中镉离子的吸附性能期刊论文-环境工程学报2012(11)15.潘碌亭.王键.束玉宝.吴蕾 污泥减量化与资源化研究进展期刊论文-环境污染与防治 2008(4) 本文链接：http:/