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本实验以城市生活污水处理厂的剩余污泥制备的活性炭为主要活性组分,并结合其他多种廉价原材料为备选原料,制作出一种新型脱氯剂,在中常温下用吸附法去除氯化氢气体。实验考察了不同操作条件对脱氯性能的影响,测定了穿透曲线和饱和曲线,并进行了简单的机理和动力学分析。
用化学活化法将污泥制备成活性炭,通过正交设计法得到最佳制作条件为:3mol/L的氯化锌活化剂、450℃的活化温度、30 min的活化时间。该条件下制作的活性炭BET比表面积平均值为299.57m2/g,相应的产率为27.32%。SEM分析表明活化后污泥活性炭具有较明显的孔径结构,XRD研究表明活化后的污泥有炭成分生成。该污泥活性炭重金属浸出量很小,可以安全使用和直接填埋。污泥活性炭的材料和能源耗费费用为8.548元/千克。
通过脱氯剂的配方设计探索,脱氯剂的最佳配方为TLJ05:30%的污泥活性炭、35%的氢氧化钙和35%的改性粉煤灰,TLJ05脱氯剂的BET比表面积值为24.22m2/g,平均孔径为7.87nm。在反应温度为200℃、反应空速3000h-1、气体流量为60ml/min、脱氯剂粒径为0.45~0.90mm和氯化氢初始浓度为5300~5500mg/m3的条件下,穿透点为30 mg/m3时脱氯剂TLJ05的穿透氯容量为21.05%,饱和氯容量为37.32%。SEM分析表明脱氯剂TLJ05在脱氯后,脱氯剂表面的孔被填充而变得平滑。XRD分析结果表明TLJ05脱氯后有CaCl2·4H2O生成,说明脱氯过程中发生了化学反应作用。
在250~500℃焙烧温度下,脱氯剂TLJ05穿透氯容量随焙烧温度升高而减小,其BET值随之减小,300℃为脱氯剂的最佳焙烧温度。TLJ05随反应空速的增大而降低,在3000h-1,穿透氯容量达到21.05%,变化幅度最大。在中常温(25~300℃)的适用范围内,温度越高,穿透氯容量越大。在粒径0.18~1.43mm范围内,随着粒径大小的增加,脱氯剂TLJ05的穿透氯容量不断减小。氯化氢初始浓度越高,消耗脱氯剂TLJ05的速度就越快,到达穿透点的时间越短,相应的穿透氯容量降低。
脱氯剂TLJ05脱除过程包括外扩散、内扩散、表面扩散、物理吸附、化学吸附和化学吸收等,脱氯剂TLJ05脱氯过程动力学研究结果表明该反应过程既受化学反应控制,又受产物层的扩散控制。