有機廢水的煤吸附凈化機理研究.pdf

1、吸附法廣泛應用于焦化廢水和含油廢水等有機廢水處理與回收工藝中，對水體顆粒物和難降解有機物都具有較好的處理效果。吸附法的優(yōu)點很多，但也存在成本高和產(chǎn)生底泥的缺點，如何揚長避短，是研究過程中考慮的重要問題。煤是一種復雜的多孔介質，是天然吸附劑，且吸附后的煤可以繼續(xù)作為原用途使用，其價值沒有減少，本文提出將煤用于吸附處理工業(yè)有機廢水，以褐煤、焦煤和無煙煤吸附處理模擬焦化廢水為研究對象，對煤吸附難降解大分子有機物的吸附規(guī)律、吸附效率、吸附過程、

2、吸附類型和吸附機理進行了研究分析。據(jù)此提出了煤吸附凈化法，并對其在焦化廢水和含油廢水中的實際應用進行了探索研究，為煤吸附凈化法的工藝開發(fā)和工業(yè)應用提供理論指導。主要研究內容包括以下幾個方面：
　　對煤樣的理化性質進行了研究分析。通過XRF、XRD、SEM、FTIR以及滴定法研究分析得到了三種煤樣的元素組成、礦物組成、表面微觀形貌特性以及表面的含氧官能團組成及含量；通過 BEL全自動吸附儀測試，得到了三種煤樣的比表面積、孔表面積、孔

3、容及孔徑分布等特性；同時研究得到了pH對煤比表面積的影響，利用熱重-氣相色譜/質譜聯(lián)用研究分析了煤的熱穩(wěn)定性。從煤的物化性質上證明了煤作為吸附劑的可行性。
　　采用常規(guī)水質分析方法和GC/MS分析方法對焦化廢水的常規(guī)指標、有機物組成及含量等理化性質進行了研究分析，得到廢水中的主要有機污染物是苯酚類，其次是喹啉類、吡啶類、吲哚類以及其他大分子稠環(huán)類物質。
　　建立了靜態(tài)吸附試驗系統(tǒng)，確定了有機物含量的測定方法，通過靜態(tài)吸附實驗

4、得到了煤樣投加量、恒溫振蕩吸附時間、不同吸附質初始濃度、溶液 pH值、溫度等因素對溶液中單一大分子有機物（喹啉、吡啶、吲哚和苯酚）去除的效果及影響規(guī)律。同時研究了煤樣對混合有機物溶液的吸附效果，不同的有機物具有不同的分子組成、分子結構、官能團及分子尺寸，在煤粉的孔隙中具有不同的吸附孔徑和吸附點，有機物之間存在競爭吸附，其吸附效率順序為喹啉＞吲哚＞吡啶＞苯酚。
　　考察了褐煤、焦煤和無煙煤吸附大分子有機物（喹啉、吡啶、吲哚和苯酚）的

5、熱力學特征。并采用Langmuir、Freundlich、Temkin、Redlich-Peterson（R-P）和Dubinin-Radushkevich（D-R）五種等溫吸附模型對三種煤樣的等溫吸附線做了擬合，并對擬合結果做了誤差分析，得到褐煤、焦煤和無煙煤吸附大分子有機物的過程符合Freundlich和R-P方程。以焦煤吸附喹啉為研究對象，計算其熱力學函數(shù)ΔG°、ΔH°和ΔS°，其中△G°的值都小于0，得到其吸附過程主要是一個自發(fā)

6、的過程；ΔH°=﹣21.27KJ·mol-1，放熱量在20.00KJ·mol-1左右，吸附過程為放熱反應，主要為物理吸附，在低溫時有利于吸附過程；ΔS°=﹣66.48KJ·mol-1<0，表明分子被吸附到煤表面上以后運動受到限制，使吸附熵減小。
　　考察了褐煤、焦煤和無煙煤吸附大分子有機物（喹啉、吡啶、吲哚和苯酚）的動力學特征。分別用準一級動力學方程、準二級動力學方程、顆粒內部擴散模型和Bangham模型四種吸附動力模型對三種煤樣

7、的吸附動力學曲線進行擬合，并對擬合曲線進行誤差分析，得到褐煤、焦煤和無煙煤吸附溶液中有機物的吸附動力學曲線符合準二級動力學速率方程，吸附的過程由顆粒內擴散和膜擴散共同控制。吸附速率與吸附劑的比表面積成正相關。以焦煤吸附喹啉為研究對象，計算得到其吸附活化能 Ea=5.51KJ·mol-1，其吸附過程屬于物理吸附，且吸附活化能較小，吸附較易進行。
　　建立了動態(tài)吸附試驗系統(tǒng)，考察了褐煤、焦煤和無煙煤吸附大分子有機物（喹啉、吡啶、吲哚和

8、苯酚）的動態(tài)吸附。研究了吸附質濃度、流速和吸附柱個數(shù)對吸附效果的影響規(guī)律。以褐煤、焦煤和無煙煤吸附喹啉為代表，建立了吸附柱吸附動力學數(shù)學模型，得到穿透曲線的計算公式，模型和公式可以較好研究分析焦煤吸附柱的動態(tài)吸附過程。
　　研究對比分析了褐煤、焦煤和無煙煤吸附大分子有機物（喹啉、吡啶、吲哚和苯酚）前后的FTIR、SEM、XPS圖譜，測試了三種煤樣的零電點和等電點，得到煤樣吸附有機物存在物理吸附和化學吸附兩種吸附形式，經(jīng)過推理研究得