陶瓷基孔材料的设计、制备及其在污水处理中的应用

【摘要】：随着科技的进步和工业的发展,环境问题日益突出,尤其是水污染问题严重影响了人民的日常生活和经济的发展。焦化废水是一种非常难处理的工业废水,工业上采用多种技术联合处理焦化废水。现有处理工艺由于除油效率低,焦油类物质可以造成后续蒸氨过程中蒸氨塔堵塞以及生物处理过程菌种活性下降等问题,另一方面随着环保标准的不断提高,对处理后水质要求更高,需要对现有处理工艺进行改进。本研究采用多孔陶瓷对焦化废水进行预处理去除水中的焦油类物质,消除对后续处理过程的不利影响,并控制多环芳烃的扩散。为使水质能够达标排放,在生物处理后进行强化处理措施,采用活性炭吸附和深度氧化过程,主要研究了活性炭和陶瓷-活性炭复合材料的制备与吸附。本文还针对重金属离子废水的治理问题,研究了低硅X分子筛和陶瓷-低硅X分子筛复合材料对重金属离子的吸附脱除效果。本文研究了多孔陶瓷在焦化废水预处理过程中的过滤作用,考察了过滤流量、过滤压力、反冲洗再生方式、反冲洗时间等影响因素,优化了操作条件。结果发现,利用多孔陶瓷过滤预处理焦化废水,可以有效去除焦化废水的悬浮物和多环芳烃等各种油类化合物,避免此类有毒有害污染物对生化处理过程生物活性的影响,由于在初始阶段去除了多环芳烃,这对有效控制多环芳烃的扩散也起到了关键作用。通过在过滤器内增设强化除油装置,可以使过滤周期可以延长20%,焦油去除率可提高10%。针对过滤后水质中酚含量较高的问题,重点研究了活性炭对水中酚类物质的吸附特性。通过比较不同性质活性炭的特征参数对吸附的影响,结果表明,活性炭对酚的吸附不仅与活性炭比表面积有关,更取决于活性炭表面的基团特征。碱性活性炭对酚的吸附优于酸性活性炭,活性炭表面的含氧基团有利于酚的吸附。以煤焦油沥青为主要原料制备的活性炭对酚类化合物具有较好的吸附效果。利用煤焦油沥青为原料,原位炭化和活化制备了陶瓷-活性炭复合材料,提高了陶瓷材料的吸附性能。陶瓷-活性炭复合材料的孔道内生长的活性炭减小了陶瓷的孔径,提高了陶瓷的过滤能力,复合材料的疏水性提高,增加了吸附性能。由于复合材料的优异强度和表面性能,可以利用其作为污水深度氧化处理过程的催化剂载体。此外,本文还利用低硅X分子筛对重金属离子的溶液进行吸附,获得了适宜的吸附操作条件,通过低硅X分子筛吸附可以有效去除溶液中的重金属离子。采用原位合成的方法将低硅X分子筛成功负载在陶瓷表面,制备了陶瓷-分子筛复合材料,将合成的陶瓷-分子筛复合材料用于重金属离子的吸附,吸附饱和后可以直接对其进行再生处理,继续利用,多次再生使用依然具有较好的吸附交换能力,复合材料与纯粉末分子筛相比,在使用过程中操作更方便,不需要过滤分离即可回收和再生重复利用。 【关键词】：陶瓷 复合材料 活性炭 分子筛 焦化废水 重金属
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ424;X784
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 创新点摘要8-12
• 第1章 引言12-25
• 1.1 选题背景和研究意义12-13
• 1.2 焦化废水处理技术13-16
• 1.2.1 焦化废水来源与特点13-14
• 1.2.2 焦化废水的处理技术14-16
• 1.3 其他污水处理技术16-19
• 1.3.1 陶瓷过滤16-17
• 1.3.2 活性炭吸附17-19
• 1.4 陶瓷复合材料的制备及应用19-22
• 1.4.1 陶瓷-有机膜复合材料19-20
• 1.4.2 陶瓷-无机膜复合材料20-22
• 1.4.3 陶瓷复合材料的应用22
• 1.5 研究思路和研究内容22-25
• 1.5.1 研究思路22-24
• 1.5.2 研究内容24-25
• 第2章 实验方法25-40
• 2.1 实验材料与仪器设备25-27
• 2.1.1 实验药品及原料25-26
• 2.1.2 实验仪器及装置26-27
• 2.2 实验方法27-31
• 2.2.1 陶瓷过滤27-28
• 2.2.2 吸附及吸附等温线的测定28-29
• 2.2.3 吸附动力学曲线的测定29
• 2.2.4 活性炭改性29
• 2.2.5 陶瓷-活性炭复合材料制备29-30
• 2.2.6 陶瓷-分子筛复合材料制备30
• 2.2.7 重金属离子的吸附和脱附30-31
• 2.3 评价指标及分析测试方法31-40
• 2.3.1 水质分析31-34
• 2.3.2 材料主要性能参数表征方法34-40
• 第3章 陶瓷过滤预处理焦化废水40-62
• 3.1 前言40
• 3.2 实验结果与讨论40-60
• 3.2.1 陶瓷过滤预处理效果40-53
• 3.2.2 过滤操作条件的优化53-60
• 3.2.3 强化措施60
• 3.3 小结60-62
• 第4章 陶瓷-活性炭复合材料的制备、改性及对酚类化合物的吸附62-108
• 4.1 前言62
• 4.2 活性炭的改性处理及其对酚类化合物的吸附62-67
• 4.2.1 普通活性炭的特征及吸附效果62-65
• 4.2.2 活性炭的改性处理65-67
• 4.3 利用煤焦油沥青制备活性炭67-78
• 4.3.1 炭化温度69-72
• 4.3.2 炭化时间72-73
• 4.3.3 活化剂用量73-75
• 4.3.4 活化温度75-76
• 4.3.5 活化时间76-78
• 4.4 煤焦油基活性炭对酚的吸附78-100
• 4.4.1 自制煤焦油基活性炭的改性及吸附性能78-79
• 4.4.2 煤焦油基活性炭对不同酚的吸附79-81
• 4.4.3 不同温度对吸附的影响81-85
• 4.4.4 不同浓度溶液的吸附85-87
• 4.4.5 不同粒度活性炭的吸附87-89
• 4.4.6 不同活性炭用量的影响89-91
• 4.4.7 不同酚共存时的吸附特征91-92
• 4.4.8 吸附动力学92-97
• 4.4.9 吸附规律的转折点97-100
• 4.5 陶瓷-活性炭复合材料制备100-106
• 4.5.1 气相沉积法制备陶瓷-活性炭复合材料100-102
• 4.5.2 预吸附炭化法制备陶瓷-活性炭复合材料102-106
• 4.6 陶瓷-聚乙炔的初步探索106-107
• 4.7 小结107-108
• 第5章 陶瓷-LSX分子筛复合材料制备及对重金属的吸附108-120
• 5.1 前言108
• 5.2 陶瓷-LSX分子筛复合材料制备108-109
• 5.2.1 LSX分子筛的合成108-109
• 5.2.2 陶瓷-LSX分子筛复合材料的合成109
• 5.3 陶瓷-LSX分子筛复合材料表征109-113
• 5.3.1 复合材料中LSX分子筛的负载量及硅铝比测定109-110
• 5.3.2 复合材料形貌的SEM分析110-111
• 5.3.3 复合材料的XRD分析111-113
• 5.3.4 复合材料的FT-IR分析113
• 5.4 陶瓷-LSX分子筛对重金属的吸附113-119
• 5.4.1 LSX分子筛对重金属离子的吸附114-115
• 5.4.2 LSX分子筛对Cd2+吸附脱附的研究115-118
• 5.4.3 LSXZ/C的吸附性能118-119
• 5.5 小结119-120
• 结论120-122
• 参考文献122-138
• 攻读博士学位期间取得的研究成果138-139
• 致谢139-140
• 作者简介140

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