污泥制备活性炭及其应用研究进展
污泥制备活性炭及其应用研究进展- 污泥处置
[摘要] 分析污泥的来源与组分，对污泥制备活性炭的国内外研究现状及实际应用进行研究，提出了污泥制备活性炭目前存在的问题。作为污水处理的副产物，城市污泥是一类特殊的固体废物，其产生量大，成分复杂，由胶体、无机颗粒、有机残片、细菌菌体等组成，是组成非常复杂的非均质体，含有60%～80%的有机物，被世界水环境组织命名为“生物固体”，表明了污泥具有资源化的潜质。将污泥制成活性炭是很有发展前景的污泥资源化的处置方式之一，它在保证了污泥不会造成二次污染的基础之上，还能制得活性炭吸附材料。
1 污泥的来源与组分
从元素的角度来讲，污泥中的有机物主要包含碳（C）、氢（H）、氧（0）、氮（N）、硫（S）、氯（Cl）等六种元素。从化学组成的角度来讲，污泥中的有机物组成包含毒性有机物、有机生物质和有机官能团化合物和微生物。污水处理厂的剩余活性污泥的主要组成成分为有机物，粗蛋白质大概占60%～70%，碳水化合物大约占25%左右，其无机灰分的含量仅为5%左右[4]。
2 污泥制备活性炭的国内外研究现状
污泥基活性炭的活化方法主要有物理活化、化学活化和化学-物理联合活化等。
2.1 物理活化法
物理活化法主要包括直接热解法和气体活化法。
2.1.1 直接热解法
直接热解法是指在氮气气氛的保护作用下，将污泥置于电阻炉中，将污泥加热至热解温度后保持恒温一段时间，再经后续处理得到粉末状污泥基吸附剂。Fan等[5]利用天津市污水处理厂产生的厌氧消化污泥为原材料，用氮气作保护气，以15 ℃/min的升温速率升至500℃，并在此温度下直接热解3 h，制得的污泥基活性炭主要以中孔和大孔为主。新加坡学者Lu等[6]采用直接热解法制备污泥基吸附剂，由研究可以得出，在较低的温度范围内，随着热解温度的升高与停留时间的延长，污泥基吸附剂的比表面积也呈现出逐渐增加的趋势；当温度在550～650℃之间时，随着热解温度的升高，其比表面积却呈现出了下降的趋势；当热解温度超过850℃以后，比表面积逐渐减小。
2.1.2 气体活化法
气体活化法制备污泥基活性炭是指先对污水污泥直接进行高温热解，然后利用水蒸汽、CO2、O2等活化气体，在600～1200℃下对碳进行弱的氧化作用，疏通材料的孔径，使其发生造孔与扩孔的现象，进而形成碳基吸附剂的多孔微晶结构。有研究结果表明，热解温度、热解时间和气体流量会影响污泥基吸附剂的孔径分布，改变活化气体中CO2与H2O比例可以控制吸附剂的孔径分布。
Jindarom等利用污泥制备活性炭吸附材料，采用二氧化碳气体作为保护气体，于750℃下活化30 min，升温速率为20℃/min，制得的污泥基活性炭的比表面积为61 m2/g。Méndez等利用污水处理厂产生的厌氧与好氧消化污泥作为原材料，采用气体活化法制备污泥基活性炭。在隔绝空气的条件下采用氮气作为保护气，在450℃下热解1h，
制得的污泥基活性炭的比表面积分别为16 m2/g和81 m2/g。为了进一步提高污泥基活性炭的吸附性能，在N2和O2的混合气流下，以10℃/min的升温速率升温至275℃，并在此温度下活化4 h，其中，O2与N2的体积比为1：29，流量为150 mL/min。碳化-气体活化后的污泥基活性炭的比表面积分别增加至102 m2/g和105 m2/g。由此实验结果可以得出，气体活化法可以显著的提高两种污泥基活性炭的比表面积值，其中对于厌氧消化污泥制备的污泥基活性炭吸附性能的提高效果更为显著。
2.2 化学活化法
化学活化法对于制备高比表面积污泥基吸附剂具有显著优势，目前采用的化学活化剂主要有H2SO4、H3PO4、ZnCl2、NaOH和KOH 等。在污泥的热解工艺中，由于污水污泥的来源和特性不同，活化剂的选择显得非常重要，选择出合适的化学活化剂不仅可以提高污泥基吸附剂的产率与碳含量，还可以缩短制备过程中的活化时间，更可以大幅度的提高污泥基吸附剂的吸附性能。
2.2.1 硫酸活化法
目前，国内外大多数的采用硫酸作为活化剂制备污泥基吸附剂研究均采用先将污泥在各种不同浓度的H2SO4溶液中浸渍24～48h，然后在N2氛围下热解一定时间，热解温度对制得的污泥基吸附剂的比表面积会产生一定的影响。
Bagreev等采用肥料厂产生的含水率为5%的污泥作为原材料，于300℃下制备的污泥基吸附剂比表面积值很低，仅为26 m2/g；当
活化温度增加到600℃时，污泥基吸附剂的比表面积有了明显的提高，由原来的26 m2/g增加到了170 m2/g。Zhang等[13]利用有机污泥制备污泥基吸附剂，当热解温度为650℃、热解时间为60 min时，实验测得污泥基吸附剂的比表面积为408 m2/g，为直接热解法制备的污泥基吸附剂的2.97倍。由二者的对比可以得出，污水污泥的来源和特性对于污泥基吸附剂的比表面积有很大的影响，采用H2SO4作为化学活化法制得的污泥基吸附剂吸附性能明显优于直接热解法和气体活化法。
2.2.2 氯化锌活化法
采用ZnCl2作为化学活化剂制备污泥基吸附剂是目前国内外研究中通常采用的方法之一。在高温热解活化过程中，ZnCl2主要起润涨、脱水以及缩合的作用，对纤维素的降解产生促进作用，避免热解过程中焦油的产生以提高吸附剂含碳量，从而制备具有孔隙结构发达的吸附剂[14]。当ZnCl2浓度较小时，污泥基吸附剂主要孔隙结构是微孔，随着氯化锌浓度的增大，微孔逐渐转变为中孔。过长的浸渍时间和过大的浸渍浓度会导致微孔变成中孔甚至形成大孔。有研究表明，较高的氯化锌浓度可以提高污泥基吸附剂的产率。采用氯化锌作为化学活化剂可以制得比表面积较高的污泥基吸附剂。ZnCl2对污泥的化学活化作用很明显，是一种效果很好的化学活化剂。制得的污泥基吸附剂中含有的氯化锌晶体可以通过酸洗和水洗去除。 2.2.3 磷酸活化法
磷酸作为活化剂时，在活化过程中同时起到脱水和酸催化的作
用。Zhang等[13]采用H3PO4作为化学活化剂，活化温度650℃下制得的污泥基吸附剂的比表面积为289 m2/g。但是，磷酸具有很强的腐蚀性，会严重的腐蚀设备，因此限制了它在工业化生产中的应用，而且，采用磷酸作为化学活化剂时，所采用的污泥的化学成分有一定的限制。
2.2.4 氢氧化钾活化法
KOH作为活化剂时，在氧化反应中其自身具有一定的催化作用。有研究表明，在采用“碳化-浸渍活化”两段法制备污泥基吸附剂的过程中，采用KOH作为化学活化剂时，污泥基吸附剂的比表面积较高。
一般认为，KOH的活化原理为：4 KOH+C→K2CO3+K2O+2H2 Ródenas等采用“碳化-浸渍活化”两段法制备污泥基吸附剂，其比表面积为1900 m2/g。其中，碳化阶段制得的污泥基吸附剂的比表面积为7 m2/g，而经过KOH活化后制得的污泥基吸附剂的比表面积增加了大约270倍。由此可以得出，KOH作为化学活化剂制备的污泥基吸附剂的比表面积较高，其造孔效果明显。
黄正宏等采用KOH作为化学活化剂制备粘胶基活性炭纤维，实验结果表明：试验中所采用的两种活化方法制备的粘胶基活性炭纤维均以微孔为主，但是，KOH活化制得的粘胶基活性炭纤维的孔径分布不同于其他方法制备的粘胶基活性炭纤维，具有更窄的孔径分布。
总之，不同的化学活化剂在活性炭吸附材料的制备过程中所起的作用是不同的。目前，H2SO4、ZnCl2应用的最多，H3PO4和KOH 应用的相对少一些。
2.3 化学物理联合活化法
化学-物理联合活化法是指将化学活化法与物理活化法有效地结合起来，通过调整活化气体流量以及污泥与活化剂的质量比来获得满意的污泥基活性炭。由化学活化法制备的活性炭以微孔为主，由物理活化法制备的活性炭主要是多孔微晶结构，由化学-物理联合活化法制备的污泥基活性炭以中孔为主，比表面积大，而且表面形成了特殊化学官能团。
3 污泥基活性炭的实际应用
污泥基活性炭的吸附性能良好，但是由于污泥基活性炭中含有重金属以及其比表面积的限制，目前主要应用于环境污染控制领域，主要集中在废水和废气的治理方面。
3.1 在废水处理中的应用
目前，污泥基活性炭在废水处理方面的应用主要包括以下几个方面：吸附废水中的重金属离子，吸附废水中的染料，吸附苯酚或苯酚类化合物，在“活性污泥―活性炭粉末”处理工艺中的应用，吸附其他污染物，如COD、苯甲酸、四氯化碳等。在利用污泥基活性炭吸附废水中的各种污染物时，不仅要考虑污泥基活性炭的孔径结构和比表面积，同时还要考虑其表面官能团的化学作用。
方平等采用ZnCl2作为化学活化剂对污泥进行高温热解制备污泥基活性炭，并将其应用于废水中Pb2+的去除。Otero等利用污泥制备活性炭，并对此活性炭去除有机废水中水晶紫（C16H8N2O8S2）、靛青红（C25H30ClN3）和苯酚等三种污染物的效果进行了研究。还
有研究将污泥基吸附剂应用于废水中苯酚的去除，实验结果表明，当苯酚的浓度在100 mg/L～2000 mg/L范围内，吸附剂的质量浓度为0.5%，温度为25℃时，苯酚的平衡吸附容量为55 mg/g，吸附平衡时间为4 h。
3.2 污泥基活性炭在废气处理中的应用
目前，污泥基活性炭在废气处理中主要应用于恶臭气体H2S、二氧化硫等气体的去除。污泥基活性炭吸附去除H2S的主要机理为污泥基活性炭表面附着的一些金属氧化物对于H2S转化为S单质的催化氧化作用，主要与污泥基活性炭表面的空隙结构和污泥基活性炭表面催化剂的分布、位置及其与活性炭的结合方式有关，其中污泥基活性炭表面的空隙结构决定了反应产物固态硫的存储和转移，后者则决定了催化反应发生的程度。中孔结构较为发达的污泥基活性炭有利于氧化产物固态硫的储存，而且污泥基活性炭表面的金属氧化物有催化氧化作用，因此，对于H2S气体的去除，污泥基活性炭比商品活性炭更具有优势。有研究表明，当污泥基活性炭用于去除H2S时，其吸附容量为商品活性炭的2～3倍，平均100 g的污泥基活性炭就可以吸附10 gH2S气体。
污泥基活性炭吸附二氧化硫时首先发生的是物理吸附过程，二氧化硫被吸附到活性炭表面以后继续被氧化为三氧化硫，最后与水反应生成硫酸，硫酸再与污泥基活性炭中的无机氧化物发生反应，生成可溶性的硫酸盐，当污泥基活性炭中的活性无机组分消耗完毕时，反应停止。
4 结语
将城市污水处理厂产生的污水污泥制备成孔隙结构发达的污泥基活性炭，既可以解决污泥的处理处置问题，又可以充分利用污泥中丰富的有机质，达到污泥资源化的目的。然而，不同物理活化剂和化学活化剂之间在污泥热解过程中存在不同的相互作用，探明活化剂之间的相互作用机理，对确定物理活化剂与化学活化剂的最优组合很关键，有待进一步深入研究。污泥基活性炭的制备过程中，挥发一定的有毒有害气体，需要研究其净化方法，以防止二次污染的发生。
[参考文献]
[1] 谷晋川，蒋文举，雍毅. 城市污水厂污泥处理与资源化[M]. 第一版，北京：化学工业出版社，2008.
[2] Burton F. L.，Stensel H. D.，et al. Wastewater Engineering Treatment and Reuse，4th Edition [M]. New York. McGraw Hill Book Company，2002.
[3] 何品晶，顾国维，李笃中等. 城市污泥处理与利用[M]. 北京：科学出版社，2003.
[4] 万洪云. 利用活性污泥制造活性炭的研究.干旱环境监测，2000，14（4）：202～206.
[5] Fan X D，Zhang X K. Adsorption properties of activated carbon from sewage sludge to alkaline-black[J]. Materials Letters.2008，62（10-11）：1704～1706.
[6] Lu G Q，Low J C F，Liu C Y，et al. Surface area development
of sewage sludge during pyrolysis[J]. Fuel.1995，74（3）：344～348.
污泥制备活性炭及其应用研究报告
科技大学高新学院 结 课 论 文 科目：化工安全 ：泽根 学号：1204060229 班级：安单1201
污泥制备活性炭及其应用研究 [摘要]国污水处理事业的迅猛发展使得城市污水污泥数量与日俱增。若污泥处理处置不当，必将造成严重的二次污染。因此必须高度重视污水污泥的科学处理处置问题。分析污泥的来源与组分，对污泥制备活性炭的国外研究现状及实际应用进行研究，提出了污泥制备活性炭目前存在的问题。 近年来，活性炭在环境保护领域的应用越来越广泛，吸附工艺也越来越成熟，同时活性炭的需求量也越来越大。我国是活性炭生产大国，1997年活性炭产量仅次于美国，位居世界第二。但是我国的活性炭质量一直都比较低，并且以煤和木材为原材料的话活性炭加工工艺对环境破坏非常大。而城市污水处理厂大规模兴起和生物处理发的迅速发展，必将产生大量活性污泥。作为污水处理的副产物，城市污泥是一类特殊的固体废物，其产生量大，成分复杂，由胶体、无机颗粒、有机残片、细菌菌体等组成，是组成非常复杂的非均质体，含有60%～80%的有机物，被世界水环境组织命名为“生
物固体”，表明了污泥具有资源化的潜质。将污泥制成活性炭是很有发展前景的污泥资源化的处置方式之一，它在保证了污泥不会造成二次污染的基础之上，还能制得活性炭吸附材料。 1污泥的来源与组分从元素的角度来讲，污泥中的有机物主要包含碳（C）、氢（H）、氧（0）、氮（N）、硫（S）、氯（C l）等六种元素。从化学组成的角度来讲，污泥中的有机物组成包含毒性有机物、有机生物质和有机官能团化合物和微生物。污水处理厂的剩余活性污泥的主要组成成分为有机物，粗蛋白质大概占60%～70%，碳水化合物大约占25%左右，其无机灰分的含量仅为5%左右。 2污泥制备活性炭的国外研究现状污泥基活性炭的活化方法主要有物理活化、化学活化和化学-物理联合活化等。 2.1物理活化法物理活化法主要包括直接热解法和气体活化法。 2.1.1直接热解法直接热解法是指在氮气气氛的保护作用下，将污泥置于电阻炉中，将污泥加
活性炭的制作方法
活性炭的制作方法 郑州虹阳净水材料有限公司整理 活性炭电极材料的干法室温改性方法 活性炭电极材料的干法室温改性方法，利用滚压振动磨机作为改性设备;在惰性气体环境、干法和室温条件下按如下步骤进行：a)将滚压振动磨机置于手套箱中，封闭出料口，将待加工的活性炭样品由加料口加入磨机筒体内;b)用空气过滤网将磨机加料口封闭，再将整个手套箱封闭，利用真空泵将手套箱及振动磨机筒体抽成真空，然后充入惰性气体。抽气和充气应反复进行，直到整个手套箱中的气氛完全由惰性气体控制，并且与外部大气压平衡为止;c)根据原料的颗粒尺度和形貌，通过*机设定并控制所需的振动频率和研磨时间。本发明能优化活性炭的孔径分布，改善活性炭的结晶性和导电性，操作简便，能耗低，效率高，无附加污染和后续处理工艺。 活性炭电极材料的干法室温改性方法 活性炭电极材料的干法室温改性方法，利用滚压振动磨机作为改性设备;在惰性气体环境、干法和室温条件下按如下步骤进行：a)将滚压振动磨机置于手套箱中，封闭出料口，将待加工的活性炭样品由加料口加入磨机筒体内;b)用空气过滤网将磨机加料口封闭，再将整个手套箱封闭，利用真空泵将手套箱及振动磨机筒体抽成真空，然后充入惰性气体。抽气和充气应反复进行，直到整个手套箱中的气氛完全由惰性气体控制，并且与外部大气压平衡为止;c)根据原料的颗粒尺度和形貌，通过*机设定并控制所需的振动频率和研磨时间。本发明能优化活性炭的孔径分布，改善活性炭的结晶性和导电性，操作简便，能耗低，效率高，无附加污染和后续处理工艺。 高活性光催化的空气净化粉体材料及其制备方法与应用 本发明公开了一种在紫外、可见光和*辐射条件下都具有较好的光催化效果的空气净化粉体材料及其制备方法和应用，空气净化粉体材料为带有掺杂元素的纳米氧化钛包覆*米极性矿物电气石颗粒形成的纳米-*米复合粉体材料，所述掺杂元素为稀土元素或/和过渡元素，其中稀土元素为选自Ce、Pr、La、Sm、Eu、Nd元素的氧化物或硝酸盐中的一种或几种，所述过渡元素为选自Fe、Ag、Co、Cu、Zn元素中的一种或几种。本发明的空气净化材料在紫外、可见光和*波条件下都具有较好的光催化效果，光催化产生的· 含活性炭的球状颗粒复合材料及其制备工艺 本发明公开了一种含活性炭的球状颗粒复合材料及其制备工艺，该材料由含活性炭的内核与陶质薄膜层外壳组成。其制备工艺是：在活性炭、膨润土和凹凸*土中加入添加剂，制得内核;在膨润土和凹凸*土中加入添加剂，制得外壳材料，将外壳材料粘合于内核表面，高温烧结，得到球状颗粒复合材料。这种含活性炭的复合材料，表面为多孔状的陶质薄膜层外壳，该结构在确保活性炭吸附性能的同时，提高了材料的耐压性、耐磨性，可防止活性炭碎屑、粉末的掉落;同时，在使用一段时间后，用户可自行对材料进行脱附处理，恢复材料的吸附活性。该颗粒复合材料可应用于有*、有害气体的吸附去除。
活性炭的使用办法和用量
活性炭 活性炭就是一种黑色粉状,粒状或丸状得无定形具有多孔得碳，主要成分为碳,还含少量氧.氢. 硫、氮、Mo也具有石墨那样得精细结构，只就是晶粒较小,层层间不规则堆积。具有较大得表面积(500-1000米2/克)，有很强得吸附性能，能在它得表面上吸附气体■液体或胶态固体;对于气体、液体，吸附物质得质量可接近于活性炭本身得质量。其吸附作用具有选择性，非极性物质比极性物质更易于吸附。在同一系列物质中，沸点越高得物质越容易被吸附,压强越大温度越低浓度越大，吸附量越大。反之，减压，升温有利于气体得解吸。常用于气体得吸附、分离与提纯，溶剂得回收，糖液、油脂、甘油、药物得脱色剂，饮用水及冰箱得除臭剂,防毒面具中得滤毒剂，还可用作催化剂或金属赴催化剂得载体。 早期生产活性炭得原料为木材、硬果壳或兽骨，后来主要采用煤，经干憎、活化处理后得到活性碳。生产方法有:①蒸汽、气体活化法。利用水蒸气或二氧化碳在850一900C将碳活化。②化学活化法。利用活化剂放出得气体,或用活化剂浸渍原料，在高温处理后都可得到活性炭。活性炭具有微晶结构，微晶排列完全不规则,晶体中有微孔(半径小于20［埃］=10?10米)、过渡孔(半径20~1000). 大孔(半径1000_100000),使它具有很大得内表面，比表面积为500_1700米2/克。这决定了活性炭具有良好得吸附性，可以吸附废水与废气中得金属离子.有害气体、有机污染物、色素等。工业上应用活性炭还要求机械强度大、耐磨性能好，它得结构力求稳定，吸附所需能量小，以有利于再生。 活性炭用于油脂、饮料、食品.饮用水得脱色、脱味，气体分离、溶剂回收与空气调节，用作催化剂载体与防毒面具得吸附剂。活性炭脱色效果在水中最强，有机溶剂中较弱。一般加0、1-3%(W /V),搅拌30~60分钟，活性炭得粒度对脱色时间有影响，而且不同生产厂家，不同加工方法生产得活性炭，脱色效果相差很大。脱色温度与PH要根据您产物得性质，通过试验确定了。⑴活性碳一般使用温度就是75-80度比较好;(2)活性炭脱色效果在水中最强，在强极溶剂中使用效果也不错，在非极性溶剂中效果较差;(3)—般情况下，在pH3-6条件下使用较好;(4)—般情况下，加入量为千分之一至三(or5);(5)脱色时间一般为30-60min;(6)S性碳得种类型号很多，比如糖用碳，油用碳等,要选择一种适合您使用得活性碳。 注意事项：(i)切不可在沸腾得溶液中加入活性炭，那样会有暴沸得危险。(2)用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入，因为有色杂质虽可溶于沸腾得溶剂中，但当冷却析出结晶体时,部分杂质又会被结晶吸附,使得产物带色，所以用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入。 活性炭使用须知 一、吸附分离原理 在两相介面上，一相中得物质或溶解在其中得溶质向见一相转移与积聚，使两相中物质浓度发生变化得过程称为吸附过程，既可以发生在液固介面,也可以发生在气固介面上。能够将其她物相中得某一组分有选择性地富集到自身表面得物质称为吸附剂，被吸附得物质称为吸附质。所谓介面，通俗地讲也就就是表面，因此'吸附其实可以瞧成一种表面现象，吸附剂得吸附性能与其表面特性有密切得关系。例如比表面积。比表面积越大『吸附能力越强，通常比表面积随物质多孔性得增大而增大。 典型得吸附分离过程包含四个步骤:首先，将待分离得料液(或气体)通入吸附剂中;其次，吸附质被吸附到吸附剂表面,此时吸附就是有选择性得;第三，料液流出;第四，吸附质解吸回收后，将吸附剂再生。 根据吸附剂与吸附质之间存在得吸附力性质得不同，可将吸附分为成物理吸附、化学吸附与交换吸附三种类型。 二、活性炭得制造 活性炭作为一种价廉易得得固体吸附剂，在实际生产生活中均得到广泛应用。 °活性炭就是用含碳为主得物质,如煤、木屑、果壳以及含碱得有机废渣等作 原料,经高温炭化与活化制得得疏水性吸附剂。其制造过程大致分为三步： 1.干燥:原料在120_130t：情况下脱水。 2?茨化:加热温度在170°C^上时原料中有机物开始分解倒400一600C时炭化分解完毕。 3、活化:原料中得有机物茨化后，残图在炭基本结构得微孔中,使微孔堵塞。在高 温条件下通入活化气，在缺氧情况下使残留炭发生水煤气反应丿吏微孔扩大，得到多孔结构得活性炭。
_响应面法优化甘蔗渣-污泥复合活性炭的制备工艺
第8卷第12期 环境工程学报 Vol．8，No．122014年12月 Chinese Journal of Environmental Engineering Dec ．2014 响应面法优化甘蔗渣-污泥复合 活性炭的制备工艺 项国梁 1 喻泽斌 1，2* 陈颖 1 杨瓯蒙 1 （1．广西大学环境学院，南宁530004；2．广西华蓝设计（集团）有限公司， 南宁530011）摘要为了提高污泥活性炭的吸附性能以提升其实际应用价值，提出在污泥中掺杂甘蔗渣制备复合活性炭，并采用 Plackett-Burman 联用响应面法对影响复合活性炭碘值的条件进行筛选优化。通过Plackett-Burman 实验筛选出热解温度、热 解时间和甘蔗渣与污泥干重比为主要影响因素，对这3个因素进行Box-Behnken 实验，经响应面优化得到影响碘值的二次 响应曲面模型，模型显示热解温度与热解时间、热解温度与干重比的交互作用显著，并确定了最佳制备条件：热解温度550?、热解时间30min 和干重比50%，此时复合活性炭碘值为814mg /g ，优于未优化条件下制备的复合活性炭。通过比表面积、孔结构和碘值的测定以及元素和扫描电镜分析得出，甘蔗渣的掺杂提高了复合活性炭的比表面积、微孔体积、碘值及含碳量。研究结果表明，甘蔗渣掺杂和制备条件优化是提高污泥活性炭吸附性能的有效手段。 关键词Plackett-Burman 设计响应面法剩余污泥甘蔗渣活性炭中图分类号 X705 文献标识码 A 文章编号1673- 9108（2014）12-5475-08Optimizing the preparation of sugarcane bagasse-sludge compositional activated carbon by response surface methodology Xiang Guoliang 1 Yu Zebin 1， 2 Chen Ying 1Yang Oumeng 1 （1．School of the Environment ，Guangxi University ，Nanning 530004，China ；2．Guangxi Hualan Design and Consulting Group Co．Ltd．，Nanning 530011，China ） Abstract Sugarcane bagasse was added into sludge to prepare compositional activated carbons （CACs ），and Plackett-Burman combining with response suraface methodology was employed to sieve and optimize the con-ditions affecting the iodine adsorption value of CACs．The Plackett-Burman results show that pyrolysis tempera-ture ，pyrolysis time and dried weight ratio of sugarcane bagasse to sludge are the main influencing factors．Using these three factors as variables ，a second order model of the iodine adsorption value of CACs was obtained by Box-Behnken design and response surface methodology analysis．The model shows that the interactions of pyroly-sis temperature and pyrolysis time ，pyrolysis temperature and dried weight ratio are significant ，and determines that the optimal pyrolysis temperature is 550?，pyrolysis time is 30min and dried weight ratio is 50%．The io-dine adsorption value of CAC prepared under this condition is 814mg /g ，being higher than other CACs ’．The effects of sugarcane bagasse addition on the physicochemical properties of CACs were investigated by analyzing surface area ，pore structure ，iodine adsorption value and carbon content ，which indicate that the addition of sugar-cane bagasse increases the surface area ，micro-pore volume ，iodine adsorption value and carbon content．The re-sults indicate that addition of sugarcane bagasse and optimization of preparation conditions are effective methods to improve the adsorption properties of sludge based activated carbon． Key words Plackett-Burman design ；response surface methodology ；sewage sludge ；sugarcane bagasse ； activated carbon 收稿日期：2013－11－11；修订日期：2013－12－14 作者简介：项国梁（1990—），男，硕士研究生，研究方向为环境污染 控制。E-mail ：osmand1102@sina．com *通讯联系人，E-mail ：xxzx7514@hotmail．com 随着我国城市化的快速发展，全国污水处理厂 的数量在不断增加，作为污水处理后的产物———污泥的产量也就随之不断加大 ［1］ ，数量巨大的污泥的 处理处置特别是其资源化利用一直是研究热点。由于污泥中含有一定量的碳质有机物，具有作为活性炭制备原料的客观条件，因此自20世纪90年代起 便有学者对此展开了研究 ［2-5］ ，但是大多数纯污泥 活性炭微孔含量少且比表面积小［6］ ，限制了其应
污泥基活性炭制备方法研究
污泥基活性炭制备方法研究 1 引言 随着城市污水处理厂剩余污泥产量的不断增加，其处理处置问题亟待解决.以剩余污泥为原料制备活性炭，是实现污泥资源化利用的有效途径之一.国内外很多学者针对污泥基活性炭(SAC)的制备方法开展了研究(Li et al., 2011; Wang et al., 2008;Ding et al., 2012;李刚等，2012;李志华等，2012)，并对SAC的理化性质及其除污染性能进行了考察和评价，发现SAC对部分有机物及重金属有较高的去除效率.Jeyaseelan等(1998)采用物理活化法、炭化法及化学活化法来制备SAC，发现当采用化学活化法，以ZnCl2为活化剂时制得的活性炭比表面积最大.Kang等(2006)研究了以KOH为活化剂制备SAC的方法，发现当炭化温度为400 ℃时，所制备的SAC比表面积达到1002 m2 · g-1.国内有研究表明，SAC表面含有大量的酸性官能团，对 Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(VI)、Cd(Ⅱ)都有良好的吸附效果，吸附量分别达到了9.9、8.9、8.2和5.4 mg · g-1，远高于对照的市售商品活性炭(包汉峰等，2012);夏畅斌等(2006)研究了SAC对水溶液中Pb(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的吸附效果，发现吸附去除率分别为80%和60%;Rozada等(2003)研究发现，SAC对亚甲基蓝的吸附效果良好，可应用于染料废水的处理;文青波等(2010)研究制备的SAC比表面积为238 m2 · g-1，对甲醛有较好的吸附效果，当空气中甲醛浓度分别为498 mg · m-3和0.41 mg · m-3时，SAC对其最大去除率分别为83.72%和89.56%;李道静(2011)研究了SAC对硝基苯及苯酚的吸附性能，发现苯酚和硝基苯的吸附动力学数据均符合假二级吸附动力学方程，SAC对硝基苯的吸附值大于对苯酚的吸附值.但已有的研究都是针对粉末污泥基活性炭(PSAC)，其在使用过程中容易形成粉尘，且回收困难，不易与水分离，因此，影响了SAC在实际工程中的推广应用.如何实现SAC的颗粒化是其实用化的关键.剩余污泥中富含有机质，本身具有较高的粘结性(王菲等，2013;冯源等，2013;饶宾期等，2012)，因此，以剩余污泥为原料制备柱状污泥基活性炭(CSAC)可以不用粘结剂，节约了材料成本.但CSAC制备成型后，其表面的理化性质(如比表面积和孔隙率、官能团等)和除污染性能是否会受到影响目前还缺乏相应的研究.基于此，本实验拟以城市污水厂剩余污泥为原料来制备CSAC，通过正交实验确定CSAC的最佳制备工艺条件，并对所制备的CSAC的除污染性能进行考察分析. 2 材料与方法 2.1 污泥来源与成分 实验污泥取自北京市北小河污水处理厂未经消化的脱水污泥，该厂采用MBR工艺，污泥的成分分析见表 1.污泥中的重金属含量见表 2. 表1 污泥的成分分析 表2 污泥中重金属的含量
活性炭的生产方法及工艺
活性炭的生产方法及工艺 作者：易择活性炭 上文我们分享了目前市场上有哪些活性炭：按材质分主要有煤质活性炭、木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭等；按形状分类有不定型颗粒炭、柱状活性炭、蜂窝活性炭、粉末活性炭等。 那么活性炭是如何生产的？是经过怎样的生产工艺得到的呢？这次我们以煤质活性炭的生产过程为例，来聊聊活性炭的生产方法和工艺。 01原料选择 按原理来说，所有的煤炭都可以生产制作成活性炭。但因不同的煤质生产的出来的活性炭品质有很大差异，为了更好的适应市场和让资源得到合理的利用，目前国内煤质活性炭的生产原料，主要采用山西大同地区的弱粘结性烟煤和宁夏的太西无烟煤。 此外，新疆烟煤也适宜制作活性炭。近几年受新疆地区煤层开发和经济发展的影响，现在采用新疆烟煤生产活性炭的厂家也越来越多。另外陕西神木地区也有部分企业使用当地烟煤生产活性炭，但活化出来的产品吸附值普遍较低，碘吸附值主要在400-700mg/g（国标87标）。 02炭化活化工段 “活性炭是一种含碳材料经过炭化、活化处理后的炭质吸附剂”，据此句定义可知生产活性炭有两个必备的工段，就是炭化和活化。 炭化是活性炭制造过程中的主要热处理工艺之一，常采用的设备主要有流态化炉、回转炉和立式炭化炉。
煤质活性炭通常炭化的温度在350-600℃。在炭化过程中大部分非碳元素——氢和氧因原料的高温分解首先以气体形式被排除，排除了原料中的挥发分和水分，而获释的元素碳原子则组合成通称为基本石墨微晶的有序结晶生成物，使得炭颗粒形成了初步孔隙，具备了活性炭原始形态的结构。原料经过炭化之后，我们称之为炭化料，炭化料已经具备了一定的吸附能力，但吸附能力极低，经检测一般炭化料碘吸附值只有200mg/g左右。 活化方法根据活化剂的不同分为物理活化法（也称气体活化法）和化学活化法。 煤质活性炭常用的活化方法是物理活化法，以水蒸气、烟道气（水蒸气、CO2、N2等的混合气）、CO2或空气等作为活化气体、在800-1000℃的高温下与炭化料接触进行活化（实际生产过程中最常使用烟道气）。 活化过程通过开放原来闭塞的孔隙、扩大原有孔隙和形成新的孔隙三个阶段达到造孔的目的。活化主要是通过活化炉设备进行活化反应造孔，当下主流有斯列普炉（SLEP）、斯克特炉（STK）、耙式炉、回转炉，目前在国内斯列普炉是使用最多的气体活化法炉型。 03成品工段 成品工段主要是根据应用需要制作成粒度不同的产品，对于颗粒炭，主要有破碎、筛分和包装三个过程。 破碎设备通常是采用双辊式破碎机，通过调节双辊之间的间隙大小，控制产品的粒度大小，以提高合格粒度筛分的得率。 筛分设备通常采用振动筛，将破碎后的物料筛分成粒度较大、合格和粒度较大的三种。在实际生产过程中往往会在振动筛上加多层筛网筛出几种粒度范围内的产品，最后将粒度合格的产品进行包装销售。工业应用中通常采用500kg/包和25kg/包的方式进行包装。另外在生产过程中，对于特殊用途的产品也会用去石机和除铁机以降低产品的灰分。 对于粉末活性炭，主要是通过磨粉和包装两个过程。磨粉现在基本上大多工厂都是采用雷蒙磨设备生产，通过调节磨机的分析器可以生产出粒度为200目和325目的成品粉炭。 04深处理工段 针对某些特殊用途的产品，会将成品炭再进行酸洗、碱洗、水洗等深加工处理。
活性炭改性方法及其在水处理中的应用
活性炭改性方法及其在水处理中的应用 活性炭是用生物有机物质（包括煤、石油和沥青等在内）经过炭化、活化等过程制成的一种无定形炭。它具有多孔结构、巨大的比表面积、吸附容量大、速度快和饱和可再生等特点，能够有效地去除水中的臭味、天然和合成溶解的有机物、微污染物以及一些大气中的污染气体等，但是普通活性炭比表面积小、孔径分布不均匀和吸附选择性能差，故普通活性炭需要进一步的改性，满足实验和工程需要。现在常采用工艺控制和后处理技术对活性炭的孔隙结构进行调整，对表面化学性质进行改性，进而提高其吸附性能。 标签：活性炭；改性方法；水处理 活性炭是一种吸附性很强的环境友好型吸附剂，有很好的吸附性能和催化性能。活性炭的原料来源广泛并且具有很高的安全性和稳定性，具有耐酸碱、耐热、易再生等特点。实践表明，活性炭对水中溶解的有机溶剂有很好的吸附性能，对水质浑浊有明显的澄清作用，并且能够去除水中的异味、臭味等，还能够过滤水中的微生物，因此在水处理行业中有着非常广泛的应用。本文就活性炭的改性方法和其在水处理方面的应用进行了简述，旨在为活性炭及其改性产物在水处理行业中的应用提供一定参考。 1、活性炭的改性方法 1.1表面氧化改性 表面氧化改性是通过氧化剂对活性炭进行处理，从而使活性炭表面的官能团发生氧化，提高含氧的官能团（羧基、酚羟基、酯基等）数量，增强活性炭的亲水性能，即极性，增强对极性物质的吸附能力的改性方法，常用的氧化剂主要是双氧水、硝酸、臭氧、高氯酸等。其中硝酸的氧化性最强，能够产生许多的酸性基团，其他氧化剂则相对温和，可以用于调整活性炭的表面酸性。氧化改性后的活性炭材料表面几何形状更加均匀，并且使用不同的氧化剂能够得到韩阳官能团数量和极性不同的活性炭材料，其中，酸性含氧官能团含量的多少与氧化程度有很大的关系。 1.2 活性炭表面化学性质的改性方法 活性炭表面化学性质的改变主要是通过一定的方法改变活性炭表面的官能团以及表面负载的离子和化合物，从而改变其表面的化学性质达到活性炭的吸附能力的提高。活性炭表面化学性质改性方法可分为：表面氧化法、表面还原法、负载原子和化合物法、酸碱法等。在改性过程中常常联合不同的改性方法对活性炭进行改性，从而达到更好的改性效果。 1.2.1 表面氧化法
污泥活性炭制备及其吸附性能研究_伍昌年
第44卷第1期2015年1月 应用化工Applied Chemical Industry Vol．44No．1Jan．2015 櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴毷 毷 毷 毷 科研与开发 收稿日期：2014-09-26修改稿日期：2014-10-17基金项目：国家自然科学基金项目（31070100）；国家科技支撑计划子课题（2011BAJ03B04-3-2）；安徽省科技攻关计划子课题（1301032137-4）；国家级大学生科技创新基金项目（201310878056）作者简介：伍昌年（1973－），男，安徽无为人，安徽建筑大学讲师，博士，主要从事污染控制与水处理技术研究。电话：0551－63828251， E －mail ：wucnustc@126．com 污泥活性炭制备及其吸附性能研究 伍昌年，张贤芳，凌琪，王莉，唐玉朝，陶勇， 徐丽，徐畅，黄蒸 （安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽合肥230601） 摘 要：以城市污水处理厂剩余污泥作为原料，采用化学活化法（ZnCl 2作为活化剂）和微波辐照制备污泥活性炭， 研究其对亚甲基蓝的吸附效果和吸附等温过程。结果表明，当pH 值3、投加量1g /L 、吸附时间120min 和温度35?时，亚甲基蓝的吸附率都在98%以上。等温吸附过程很好的符合Langmuir 模型。关键词：污泥活性炭；制备；染料废水；吸附中图分类号：TQ 610．9；X 703 文献标识码：A 文章编号：1671－3206（2015）01－0001－03 Study on preparation and adsorption performance of sludge activated carbon WU Chang-nian ，ZHANG Xian-fang ，LING Qi ，WANG Li ，TANG Yu-chao ，TAO Yong ， XU Li ，XU Chang ，HUANG Zheng （School of Environment and Energy Engineering ，Anhui Jianzhu University ，Hefei 230601，China ） Abstract ：The excess sludge of sewage treatment plant chosen as raw material ，sludge activated carbon was prepared by the chemical activation method （ZnCl 2as an activator ）and microwave radiation．Methyl-ene blue （MB ）was used to simulate dyeing water．The removal ratio of MB and the isotherms adsorption process were investigated．The results showed that the removal ration was above 98%under the experi-mental conditions （pH value 3，dosage of 1g /L ，time of 120min and temperature of 35?）．The adsorp-tion process could be described by Langmuir formula． Key words ：sludge activated carbon ；preparation ；dyeing wastewater ；adsorption 染料废水的处理难点是COD 高，可生化性差，色度高，组分复杂。由于吸附法具有工艺简单、易于操作且吸附剂的种类多等优点，所以是现在较多采用的染料废水的处理方法，对于高浓度的染料废水 及其它低浓度废水均有较好的效果 ［1-2］ 。城市污水处理厂处理水量也日益增多， 污泥是城市污水厂的污水处理过程中的副产物，污泥是城市污水厂的污 水处理过程中的副产物， 污泥中含有大量碳质有机物，是制造活性炭所需的原料成分，将污泥作为原料 制备活性炭［3-5］，这样不仅节约了煤和木材等珍贵资 源， 还解决了污泥的处理处置这一环境难题，实现了污泥的资源化，变废为宝，达到以废治废的目的。以污泥为原料，采用氯化锌活化法和微波辐照制取污 泥活性炭，以模拟染料亚甲基蓝的脱色率为衡量指标。考察污泥活性炭制备条件及实验操作条件（污泥活性炭投加量、pH 、吸附时间、吸附温度）对印染废水的脱色效果等影响，结合实验结果，确定污泥活性炭制备和实验操作的最佳条件，为实际应用提供一定的依据。 1 实验部分 1．1 材料与仪器 盐酸、氢氧化钠、亚甲基蓝、氯化锌均为分析纯；污泥为合肥市经开区污水处理厂未消化污泥。DHG-9076A 型电热恒温鼓风干燥箱；HH-4数 显恒温水浴锅；MM721NG1- PS 美的微波炉；721可
活性炭的制备与应用
活性炭的制备与应用 宋阿娜1 （北京林业大学，材料科学与技术学院林产化工系） 摘要：近些年来，活性炭已经成为我们生活中以及工业中常见的吸附剂，它具有比表面积大，选择性吸附强等特点。活性炭的制备方法分为物理活化法（即气体吸附法）和化学活化法。气体活化中的气体活化剂有水蒸气、二氧化碳以及它们的混合气体，化学活化法中的化学药品活化剂有氯化锌、磷酸和碱。活性炭在工业、农业、食品、医药等领域都有广泛应用。根据吸附和运用对象的不同，可以分为气相吸附，液相吸附，作为催化剂和催化剂载体的应用以及在医疗方面的应用。活性炭可以多次重复再生使用，对环保起到了重要作用，并且有很好的发展前景。 关键词：活性炭；制备；应用；活化；净化 1.概述 活性炭是具有孔隙结构发达、比表面积大、选择性吸附能力强的碳质吸附材料。在一定的条件下，对液体或气体的某一或某些物质进行吸附脱除、净化、精制或回收，从而实现产品的精制和环境的净化（蒋剑春，2010）。时至今日，活性炭已经被广泛应用于工业、农业、国防、交通、食品、医药、环境保护等各个领域，并且活性炭使用失效后可以用各种办法进行多次反复再生。 活性炭主要是以木炭、木屑、各种果壳、煤炭和石油焦等高含碳物质为原料，经碳化和活化而制得的多孔性吸附剂。活性炭的吸附大多数是物理吸附，即范德华吸附，也有化学吸附。 活性炭基本上是非结晶性物质，它由微细的石墨状结晶和将它们联系在一起的碳氢化合物构成，固体部分之间的间隙形成孔隙，赋予活性炭特有的吸附功能。一般认为活性炭的孔由大孔、中孔和微孔组成，大孔孔径为50~2000nm，中孔为2~50nm，微孔孔径小于2nm。 2.活性炭的制备 2.1制备原理 活性炭是通过把木材、煤、泥炭等许多来自植物的、成为碳前驱体的原材料，在几百摄氏度的温度下炭化以后，在进行活化而制成的。炭化在惰性氛围气中进行，原材料经过热分解放出挥发分而变成炭化产物，此刻的炭化产物的比表面积只有每克几十平方米左右。而具有发达的孔隙及其相应比表面积的活性炭是再需将该炭化产物用水蒸汽、二氧化碳或化学药品（如氯化锌）在高温条件下进一步活化而制得（[日]立本英机，安部郁夫，2002）。活化后的活性炭再根据需要制成不同形状和大小的产品。其中活化是很重要的一步。 2.2制备方法 2.2.1气体活化法
活性炭在工业生产中应用
1、前言据统计，我国每年排出的工业废水约为8×108 m3 ，其中不仅含有氰化物等剧毒成分，而且含有铬、锌、镍等金属离子。废水的处理方法很多，主要有化学沉淀法、电解法和膜处理法等[1]，本文介绍的是活性炭吸附法。活性炭的表面积巨大，有很高的物理吸附和化学吸附功能。因此活性炭吸附法被广泛应用在废水处理中。而且具有效率高，效果好等特点。 2、活性炭活性炭是一种经特殊处理的炭，具有无数细小孔隙，表面积巨大，每克活性炭的表面积为500-1500平方米。活性炭有很强的物理吸附和化学吸附功能，而且还具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的面积，将毒物吸附在活性炭的微孔中，从而阻止毒物的吸收。同时，活性炭能与多种化学物质结合，从而阻止这些物质的吸收。 2.1 活性炭的分类在生产中应用的活性炭种类有很多。一般制成粉末状或颗粒状。 粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭[1]. 2.2 活性炭吸附活性炭吸附是指利用活性炭的固体表面对水中的一种或多种物质的吸附作用，以达到净化水质的目的。 2.3 影响活性炭吸附的因素吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标[2].吸附能力的大小是用吸附量来衡量的。而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。在水处理中，吸附速度决定了污水需要和吸附剂接触时间。活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说，颗粒越小，孔隙扩散速度越快，活性炭的吸附能力就越强。污水的pH值和温度对活性炭的吸附也有影响。活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量[2].吸附反应通常是放热反应，因此温度低对吸附反应有利。 当然，活性炭的吸附能力与污水浓度有关。在一定的温度下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高。 3、活性炭在污水处理中的应用由于活性炭对水的预处理要求高，而且活性炭的价格昂贵，因此在废水处理中，活性炭主要用来去除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。 3.1 活性炭处理含铬废水铬是电镀中用量较大的一种金属原料，在废水中六价铬随pH 值的不同分别以不同的形式存在。活性炭有非常发达的微孔结构和较高的比表面积，具有极强的物理吸附能力，能有效地吸附废水中的Cr （Ⅵ） .活性炭的表面存在大量的含氧基团如羟基（- OH）、羧基（-COOH）等，它们都有静电吸附功能，对Cr （Ⅵ）产生化学吸附作用。完全可以用于处理电镀废水中的Cr （Ⅵ），吸附后的废水可达到国家排放标准[4]. 试验表明：溶液中Cr （Ⅵ）质量浓度为50 mg/ L ，pH = 3 ，吸附时间1. 5 h 时，活性炭的吸附性能和Cr （Ⅵ）的去除率均达到最佳效果[5]. 因此，利用活性炭处理含铬废水的过程是活性炭对溶液中Cr （Ⅵ）的物理吸附、化学吸附、化学还原等综合作用的结果。活性炭处理含铬废水，吸附性能稳定，处理效率高，操作费用低，有一定的社会效益和经济效益。 3.2 活性炭处理含氰废水在工业生产中，金银的湿法提取、化学纤维的生产、炼焦、合成氨、电镀、煤气生产等行业均使用氰化物或副产氰化物[6]，因而在生产过程中必然要排放一定数量的含氰废水。活性炭用于净化废水已有相当长的历史，应用于处理含氰废水的文献报道也越来越多[7].但由于CN_、HCN 在活性炭上的吸附容量小，一般为3 mgCN/ gAC～8 mgCN/ gAC （因品种而异）[6] ，在处理成本上不合算。 3.3 活性炭处理含汞废水活性炭有吸附汞和含汞化合物的性能，但吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。如果含汞的浓度较高，可以先用化学沉淀法处理，处理后含汞约1mg/L，高时可达2-3 mg/L，然后再用活性炭做进一步的处理。
污泥制备活性炭及其应用研究进展
污泥制备活性炭及其应用研究进展- 污泥处置 [摘要] 分析污泥的来源与组分，对污泥制备活性炭的国内外研究现状及实际应用进行研究，提出了污泥制备活性炭目前存在的问题。作为污水处理的副产物，城市污泥是一类特殊的固体废物，其产生量大，成分复杂，由胶体、无机颗粒、有机残片、细菌菌体等组成，是组成非常复杂的非均质体，含有60%～80%的有机物，被世界水环境组织命名为“生物固体”，表明了污泥具有资源化的潜质。将污泥制成活性炭是很有发展前景的污泥资源化的处置方式之一，它在保证了污泥不会造成二次污染的基础之上，还能制得活性炭吸附材料。 1 污泥的来源与组分 从元素的角度来讲，污泥中的有机物主要包含碳（C）、氢（H）、氧（0）、氮（N）、硫（S）、氯（Cl）等六种元素。从化学组成的角度来讲，污泥中的有机物组成包含毒性有机物、有机生物质和有机官能团化合物和微生物。污水处理厂的剩余活性污泥的主要组成成分为有机物，粗蛋白质大概占60%～70%，碳水化合物大约占25%左右，其无机灰分的含量仅为5%左右[4]。 2 污泥制备活性炭的国内外研究现状 污泥基活性炭的活化方法主要有物理活化、化学活化和化学-物理联合活化等。 2.1 物理活化法 物理活化法主要包括直接热解法和气体活化法。 2.1.1 直接热解法
直接热解法是指在氮气气氛的保护作用下，将污泥置于电阻炉中，将污泥加热至热解温度后保持恒温一段时间，再经后续处理得到粉末状污泥基吸附剂。Fan等[5]利用天津市污水处理厂产生的厌氧消化污泥为原材料，用氮气作保护气，以15 ℃/min的升温速率升至500℃，并在此温度下直接热解3 h，制得的污泥基活性炭主要以中孔和大孔为主。新加坡学者Lu等[6]采用直接热解法制备污泥基吸附剂，由研究可以得出，在较低的温度范围内，随着热解温度的升高与停留时间的延长，污泥基吸附剂的比表面积也呈现出逐渐增加的趋势；当温度在550～650℃之间时，随着热解温度的升高，其比表面积却呈现出了下降的趋势；当热解温度超过850℃以后，比表面积逐渐减小。 2.1.2 气体活化法 气体活化法制备污泥基活性炭是指先对污水污泥直接进行高温热解，然后利用水蒸汽、CO2、O2等活化气体，在600～1200℃下对碳进行弱的氧化作用，疏通材料的孔径，使其发生造孔与扩孔的现象，进而形成碳基吸附剂的多孔微晶结构。有研究结果表明，热解温度、热解时间和气体流量会影响污泥基吸附剂的孔径分布，改变活化气体中CO2与H2O比例可以控制吸附剂的孔径分布。 Jindarom等利用污泥制备活性炭吸附材料，采用二氧化碳气体作为保护气体，于750℃下活化30 min，升温速率为20℃/min，制得的污泥基活性炭的比表面积为61 m2/g。Méndez等利用污水处理厂产生的厌氧与好氧消化污泥作为原材料，采用气体活化法制备污泥基活性炭。在隔绝空气的条件下采用氮气作为保护气，在450℃下热解1h，
改性性污泥活性炭催化过氧化氢氧化
改性污泥活性炭催化过氧化氢氧化去除水中的腐植酸 （一）立项依据与研究内容 1.项目的立项依据 腐植酸作为水体中天然有机污染物的代表物质，占天然水体DOC的50%～80%，是一类无定形、呈棕褐色或棕黑色、亲水性、酸性、多分散的有机物质，其官能团有较强的离子交换、吸附、络合和螯合能力。广泛存在于天然水体中腐植酸，其浓度范围从地下水的20 μg/L到地表水的30 mg/L，含量愈高，水质卫生状况愈差，对人类及动植物有很大的危害[1，2]。（1）消毒副产物的前驱物。腐植酸极易在水厂加氯过程中形成消毒副产物，对人体的危害很大。（2）与金属离子螯合，影响重金属的迁移和归宿。当饮用水在铁管或铜管中输送时，会因铁腐蚀产物的影响而发黄，或因含有铜的溶解性化合物引起问题，如洗发时头发退色，高浓度的铜离子对人的身体健康是很危险的。（3）为水生微生物生长提供养分。腐植酸存在于饮用水中，为水中的微生物的生长提供了丰富的碳源，细菌和藻类在水库或配水管道的大量繁殖会导致令人不愉快的颜色、味道，严重时会引发流行病的传播。（4）除了能引起令人不快的色和味之外，人体某些疾病与水土中的腐植酸含量有一定关系。如黑脚病、克山病、大骨节病等。因此，去除饮用水中的腐植酸势在必行。 传统的生化降解、活性炭吸附、强化混凝沉淀等方法，可去除水中部分腐植酸，但效果都不理想。用于腐植酸处理的化学氧化剂主要有臭氧、二氧化氯、过氧化氢以及几种氧化剂的联用。 臭氧是一种常用氧化剂．但许多研究表明。臭氧并不能将有机物彻底转化为无机物。TOC的去除率也较低或者基本不变。而只能提高腐植酸的生化降解性能[3，4]。并且使用臭氧也会产生副产物。其中最受关注的是羰基化合物中的醛类，甲醛、乙醛具有不同程度的致癌、致突变性。单独使用某一种强氧化剂要么投加量较大。要么去除效果达不到要求。于是研究人员将两种或几种方法联用通常有臭氧与过氧化氢的联用、臭氧与紫外光联用等、过氧化氢与紫外联用等。 Wang[6]等用双氧水紫外催化氧化去除腐植酸的研究中得到UV/H2O2系统联用。腐植酸氧化速率大幅度提高。但是浓度较高的碳酸盐和重碳酸盐类物质对羟基自由基会起到消除作用，H2O2的浓度也不是越高越好．当H2O2浓度低于
优化制备污泥基活性炭工艺
优化制备污泥基活性炭工艺 1 引言 污水厂的剩余污泥由有机物和无机物组成，其中，有机物含量约为60%~70%，其干基挥发分较高、固定碳含量较低，经碳化活化处理，可转化为具有一定吸附性能的活性炭.这种转化不仅可降低污泥的含量，而且可获得比商品活性炭更经济的吸附剂，实现污泥的资源化利用.因此，污泥已被确定为一种极具开发前景的吸附剂前躯体材料，而这种资源化方法也越来越受到人们的重视.目前，相关研究的热点是制备方法及吸附剂选择性的优化，其中，对于制备工艺参数的优化是该方法能否实现商业化生产的关键因素之一. 污泥基活性炭制备工艺可以分为物理活化法、化学活化法、物理化学活化法.其中，物理化学活化法是前两种活化方式的联合使用，兼备两者的优点，该工艺中影响产品吸附性能的主要参数包括：活化剂种类及固液比、炭化温度、炭化时间、活化温度、活化时间、活化气体流量等.然而，目前的研究大多局限在单因素或正交试验上，难以确定在物理化学活化制备工艺过程中各工艺参数之间存在的交互影响.而响应曲面法(Response Surface Methodology，RSM)则可以利用合理的因素实验设计(Design of Experiment，DOE)，将多因素实验中因素与水平的相互关系用多项式进行拟合，精确地描述因素与响应值之间的关系，是解决多变量问题的统计学方法.相比传统的数理统计方法，RSM能以较少的实验次数和较短的时间对所选的实验参数进行全面研究，得出正确结论，并从图形分析中寻求最优实验考察因素值，其优越性已为越来越多的实验工作者所关注，并已应用到环境污染处理的多个领域. 为探讨污泥基活性炭活化工艺过程中各工艺参数之间的关系，并有效提高其吸附性能，本研究以延安市污水处理厂二次污泥为原料，采用氯化锌为活化剂进行物理化学活化制备活性炭，并通过基于中心复合设计(Central Composite Design，CCD)的响应曲面法，以活性炭的碘吸附值为考察指标，考察炭化温度、升温速率、炭化时间和保护气体流量等影响因素之间的相关性，优化制备活性炭的工艺条件，并对制得的活性炭样品进行微观表征分析. 2 材料与方法 2.1 污泥基活性炭制备 实验所采用的原料为延安市污水处理厂二沉池脱水污泥，经自然晾干至含水率低于10%，研磨破碎过140目筛，再将干污泥粉末置于烘箱中于105 ℃条件下干燥至恒重;称取烘干后的污泥粉末10 g与5 mol 2 L-1的ZnCl2溶液混合(固液比1 : 2.5 g 2 L-1)静置12 h，然后将活化脱水后的污泥样品置于管式加热炉并分别在不同的炭化温度、升温速率、炭化时间和氮气流量工艺参数下活化污泥;活化结束后将样品倒入盐酸水溶液(体积比10%)中，再将试样用60 ℃热水多次漂洗至洗涤液的pH 值为6~7，以除去溶酸杂质、重金属及残留活化剂;样品干燥冷却后即得污泥基活性炭成品.按GB/T122496.8—1999《木质活性炭试验方法碘吸附值的测定》中规定的方法测量不同条件下所得成品的碘吸附值(Iodine Numbers，IN)，所有实验均为两组平行样. 2.2 中心复合实验设计