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随着经济生活的发展,越来越多的有毒有机物进入水体中,成为危害人类健康,危害生态的重要环境问题之一。本论文从环保和经济的视角出发,本着“以废治废”的初衷,以废弃的阳离子交换树脂为原料制备炭化树脂,并且应用于水体中的有毒有机污染物的去除。本论文的主要研究内容和结论如下:
详细研究了各工艺参数对最终产品-炭化树脂的性能影响,以废弃的离子交换树脂制备炭化树脂的最佳工艺条件为:炭化条件为炭化温度450℃,升温速率6℃/min,炭化时间1.5h;活化条件为活化温度850℃,升温速率6℃/min,活化时间3h。所制备的炭化树脂的BET比表面积可达346.6m<2>/g,微孔比表面积达289.8m<2>/g。元素分析和红外光谱表明离子交换树脂表面的磺酸基经高温炭化活化处理后,绝大部分发生热解反应,并生成了一定量的耐热砜基。
实验研究了炭化树脂吸附去除三种不同类型的有毒有机物(氯仿、2,4-二氯酚、邻苯二甲酸二甲酯简称DMP)的性能,并和水处理中常用的活性炭JW-208进行了对照。
两吸附剂(炭化树脂和活性炭JW-208)对氯仿的吸附符合Freundlich方程,对2,4-二氯酚、DMF的吸附符合Langmuir方程。在实验浓度和温度范围里面,炭化树脂对三种吸附质的静态吸附能力都优于活性炭JW-208的吸附能力(氯仿:前者是后者的1.7~2.7倍;2,4-二氯酚:前者是后者的1.02~1.48倍;DMP:前者是后者的1.05~1.45倍)。
两吸附剂对氯仿的吸附为物理吸附。炭化树脂对2,4-二氯酚和DMP的吸附为物理吸附,活性炭JW-208对2,4-二氯酚和DMP的吸附除物理吸附外有化学吸附的存在,也因此其吸附焓变大于前者吸附焓变。2,4-二氯酚和DMP在两种吸附剂上的吸附为快速推进过程,均符合准一级动力学,炭化树脂对2,4-二氯酚和DMP的吸附速率常数大于活性炭,在实验中能够快速的达到平衡。
实验表明,炭化树脂对氯仿和2,4-二氯酚的吸附可稳定运行,性能优于活性炭。在固定床吸附氯仿溶液的实验中(溶液原始浓度49.28mg/L),稳定运行五批次后,炭化树脂对氯仿的平均去除率保持在99.9%(处理200BV/批)以上,活性炭仅为93.4%(处理60BV/批);在固定床吸附2,4-二氯酚溶液的实验中(溶液原始浓度300.3mg/L),稳定运行五批次后,炭化树脂对2,4-二氯酚的平均去除率为99.0%(处理200BV/批),活性炭仅为95.2%(处理100BV/批)。炭化树脂的吸附能力和处理量都要大于活性炭,炭化树脂的微孔面积大于活性炭JW-208是其原因之一。