废菌渣活性炭对水中Cr(Ⅵ)吸附及再生研究

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废菌渣(MR)是一种资源丰富、成本低、利用率低的木质纤维素材料,其结构疏松多孔、比表面积大、化学性质稳定,是一种理想的吸附剂。但在MR实际生产过程中,大部分被随意丢弃填埋和焚烧,既造成了严重的环境污染,又是巨大的资源浪费。本研究以MR为原料制备废菌渣活性炭(MRAC)对水中Cr(Ⅵ)进行吸附及再生研究,既解决了MR不科学处理及含铬废水造成的严重环境污染问题,又能实现MR可再生的资源化高价值利用。实现了“以废治废,变废为宝”,达到MR资源化利用与含铬污染治理的双重目的,符合国家循环经济及可持续发展战略。
  本文通过MR及采用ZnCl2活化法制备的MRAC吸附水中Cr(Ⅵ)的对比实验。分别研究不同实验条件下对水中Cr(VI)性能的对比影响,并进行材料表征分析。选用MRAC作为吸附剂填充在固定床柱中,对水中Cr(Ⅵ)进行了连续流固定床的动态吸附研究。考察了三个动态吸附因素对穿透曲线的影响,并进行了正交实验。分别利用六种模型分析了MRAC固定床柱吸附水中Cr(Ⅵ)的动态穿透数据并获得相应的拟合参数。采用化学再生法对吸附后的废菌渣活性炭(AMRAC)进行解吸再生研究。考察了三个解吸再生因素对AMRAC解吸再生的影响,并进行了正交和循环再生实验。
  静态吸附实验结果表明,与MR相比,MRAC对Cr(VI)的吸附性能更好。FTIR表明MRAC表面官能团易与Cr(Ⅵ)形成化合物,对Cr(Ⅵ)的去除能力较MR更好;BET表明MRAC孔隙结构较MR更发达,ZnCl2活化改性显著提高了MRAC比表面积及孔结构;SEM表明MRAC表面分布大量均匀的微孔结构。
  动态吸附实验结果表明,随着进水浓度和流速增加,穿透时间提前;随着床层高度增加,穿透时间延长。因此,动态柱吸附过程的最佳选择条件是低进水浓度低流速和高床层高度。动态正交实验结果表明,影响吸附因素的主次顺序为:进水浓度>进水流速>床层高度,并得到最优组合为床层高度10cm、进水Cr(Ⅵ)浓度20mg/L、进水流速5mL/min,该组合条件下MRAC固定床柱对Cr(Ⅵ)的最高去除率可达98.32%(高于正交实验表中最优值95.04%)。
  动态穿透模型拟合结果表明,Thomas、Yoon-Nelson和Modified dose-response模型均能够很好的用于MRAC对Cr(VI)动态柱吸附过程的描述。Adams-Bohart和Wolborska模型不能很好地描述MRAC固定床柱对Cr(VI)动态吸附行为。BDST模型可以用来描述不同柱高下MRAC对Cr(VI)的动态吸附行为,却不能用来预测动态柱吸附实验。
  化学再生实验结果表明,酸解吸剂的再生效果优于碱、盐和水解吸剂,且酸解吸剂中HCl的再生效果最好。HCl以其价格低和使用浓度小等优点被选为最佳解吸剂。再生正交实验结果表明,影响解吸再生因素的主次顺序为:再生温度>再生时间>解吸剂浓度。最优组合为HCl浓度2.0mg/L、再生温度30℃、再生时间6h,在此条件下MRAC性能恢复率H为97.82%(高于正交实验表中最优值97.36%)。
  循环再生实验结果表明,采用0.5mg/L的HCl对AMRAC进行静态和动态循环再生,静态再生5次后MRAC性能恢复率高达85.86%,质量损耗率维持在23.78%。动态再生3次后MRAC床层性能恢复率仍在80%以上,这表明经多次再生后,MRAC仍然具有较好的吸附Cr(Ⅵ)的性能,可循环重复使用,具有良好的吸附-解吸功能。
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