陶瓷基孔材料的設(shè)計(jì)、制備及其在污水處理中的應(yīng)用

【摘要】：隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展,環(huán)境問題日益突出,尤其是水污染問題嚴(yán)重影響了人民的日常生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。焦化廢水是一種非常難處理的工業(yè)廢水,工業(yè)上采用多種技術(shù)聯(lián)合處理焦化廢水。現(xiàn)有處理工藝由于除油效率低,焦油類物質(zhì)可以造成后續(xù)蒸氨過程中蒸氨塔堵塞以及生物處理過程菌種活性下降等問題,另一方面隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高,對(duì)處理后水質(zhì)要求更高,需要對(duì)現(xiàn)有處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。本研究采用多孔陶瓷對(duì)焦化廢水進(jìn)行預(yù)處理去除水中的焦油類物質(zhì),消除對(duì)后續(xù)處理過程的不利影響,并控制多環(huán)芳烴的擴(kuò)散。為使水質(zhì)能夠達(dá)標(biāo)排放,在生物處理后進(jìn)行強(qiáng)化處理措施,采用活性炭吸附和深度氧化過程,主要研究了活性炭和陶瓷-活性炭復(fù)合材料的制備與吸附。本文還針對(duì)重金屬離子廢水的治理問題,研究了低硅X分子篩和陶瓷-低硅X分子篩復(fù)合材料對(duì)重金屬離子的吸附脫除效果。本文研究了多孔陶瓷在焦化廢水預(yù)處理過程中的過濾作用,考察了過濾流量、過濾壓力、反沖洗再生方式、反沖洗時(shí)間等影響因素,優(yōu)化了操作條件。結(jié)果發(fā)現(xiàn),利用多孔陶瓷過濾預(yù)處理焦化廢水,可以有效去除焦化廢水的懸浮物和多環(huán)芳烴等各種油類化合物,避免此類有毒有害污染物對(duì)生化處理過程生物活性的影響,由于在初始階段去除了多環(huán)芳烴,這對(duì)有效控制多環(huán)芳烴的擴(kuò)散也起到了關(guān)鍵作用。通過在過濾器內(nèi)增設(shè)強(qiáng)化除油裝置,可以使過濾周期可以延長(zhǎng)20%,焦油去除率可提高10%。針對(duì)過濾后水質(zhì)中酚含量較高的問題,重點(diǎn)研究了活性炭對(duì)水中酚類物質(zhì)的吸附特性。通過比較不同性質(zhì)活性炭的特征參數(shù)對(duì)吸附的影響,結(jié)果表明,活性炭對(duì)酚的吸附不僅與活性炭比表面積有關(guān),更取決于活性炭表面的基團(tuán)特征。堿性活性炭對(duì)酚的吸附優(yōu)于酸性活性炭,活性炭表面的含氧基團(tuán)有利于酚的吸附。以煤焦油瀝青為主要原料制備的活性炭對(duì)酚類化合物具有較好的吸附效果。利用煤焦油瀝青為原料,原位炭化和活化制備了陶瓷-活性炭復(fù)合材料,提高了陶瓷材料的吸附性能。陶瓷-活性炭復(fù)合材料的孔道內(nèi)生長(zhǎng)的活性炭減小了陶瓷的孔徑,提高了陶瓷的過濾能力,復(fù)合材料的疏水性提高,增加了吸附性能。由于復(fù)合材料的優(yōu)異強(qiáng)度和表面性能,可以利用其作為污水深度氧化處理過程的催化劑載體。此外,本文還利用低硅X分子篩對(duì)重金屬離子的溶液進(jìn)行吸附,獲得了適宜的吸附操作條件,通過低硅X分子篩吸附可以有效去除溶液中的重金屬離子。采用原位合成的方法將低硅X分子篩成功負(fù)載在陶瓷表面,制備了陶瓷-分子篩復(fù)合材料,將合成的陶瓷-分子篩復(fù)合材料用于重金屬離子的吸附,吸附飽和后可以直接對(duì)其進(jìn)行再生處理,繼續(xù)利用,多次再生使用依然具有較好的吸附交換能力,復(fù)合材料與純粉末分子篩相比,在使用過程中操作更方便,不需要過濾分離即可回收和再生重復(fù)利用。 【關(guān)鍵詞】：陶瓷 復(fù)合材料 活性炭 分子篩 焦化廢水 重金屬
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TQ424;X784
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要8-12
• 第1章 引言12-25
• 1.1 選題背景和研究意義12-13
• 1.2 焦化廢水處理技術(shù)13-16
• 1.2.1 焦化廢水來(lái)源與特點(diǎn)13-14
• 1.2.2 焦化廢水的處理技術(shù)14-16
• 1.3 其他污水處理技術(shù)16-19
• 1.3.1 陶瓷過濾16-17
• 1.3.2 活性炭吸附17-19
• 1.4 陶瓷復(fù)合材料的制備及應(yīng)用19-22
• 1.4.1 陶瓷-有機(jī)膜復(fù)合材料19-20
• 1.4.2 陶瓷-無(wú)機(jī)膜復(fù)合材料20-22
• 1.4.3 陶瓷復(fù)合材料的應(yīng)用22
• 1.5 研究思路和研究?jī)?nèi)容22-25
• 1.5.1 研究思路22-24
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容24-25
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法25-40
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器設(shè)備25-27
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及原料25-26
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及裝置26-27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法27-31
• 2.2.1 陶瓷過濾27-28
• 2.2.2 吸附及吸附等溫線的測(cè)定28-29
• 2.2.3 吸附動(dòng)力學(xué)曲線的測(cè)定29
• 2.2.4 活性炭改性29
• 2.2.5 陶瓷-活性炭復(fù)合材料制備29-30
• 2.2.6 陶瓷-分子篩復(fù)合材料制備30
• 2.2.7 重金屬離子的吸附和脫附30-31
• 2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)及分析測(cè)試方法31-40
• 2.3.1 水質(zhì)分析31-34
• 2.3.2 材料主要性能參數(shù)表征方法34-40
• 第3章 陶瓷過濾預(yù)處理焦化廢水40-62
• 3.1 前言40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論40-60
• 3.2.1 陶瓷過濾預(yù)處理效果40-53
• 3.2.2 過濾操作條件的優(yōu)化53-60
• 3.2.3 強(qiáng)化措施60
• 3.3 小結(jié)60-62
• 第4章 陶瓷-活性炭復(fù)合材料的制備、改性及對(duì)酚類化合物的吸附62-108
• 4.1 前言62
• 4.2 活性炭的改性處理及其對(duì)酚類化合物的吸附62-67
• 4.2.1 普通活性炭的特征及吸附效果62-65
• 4.2.2 活性炭的改性處理65-67
• 4.3 利用煤焦油瀝青制備活性炭67-78
• 4.3.1 炭化溫度69-72
• 4.3.2 炭化時(shí)間72-73
• 4.3.3 活化劑用量73-75
• 4.3.4 活化溫度75-76
• 4.3.5 活化時(shí)間76-78
• 4.4 煤焦油基活性炭對(duì)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 煤焦油基活性炭對(duì)不同酚的吸附79-81
• 4.4.3 不同溫度對(duì)吸附的影響81-85
• 4.4.4 不同濃度溶液的吸附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響89-91
• 4.4.7 不同酚共存時(shí)的吸附特征91-92
• 4.4.8 吸附動(dòng)力學(xué)92-97
• 4.4.9 吸附規(guī)律的轉(zhuǎn)折點(diǎn)97-100
• 4.5 陶瓷-活性炭復(fù)合材料制備100-106
• 4.5.1 氣相沉積法制備陶瓷-活性炭復(fù)合材料100-102
• 4.5.2 預(yù)吸附炭化法制備陶瓷-活性炭復(fù)合材料102-106
• 4.6 陶瓷-聚乙炔的初步探索106-107
• 4.7 小結(jié)107-108
• 第5章 陶瓷-LSX分子篩復(fù)合材料制備及對(duì)重金屬的吸附108-120
• 5.1 前言108
• 5.2 陶瓷-LSX分子篩復(fù)合材料制備108-109
• 5.2.1 LSX分子篩的合成108-109
• 5.2.2 陶瓷-LSX分子篩復(fù)合材料的合成109
• 5.3 陶瓷-LSX分子篩復(fù)合材料表征109-113
• 5.3.1 復(fù)合材料中LSX分子篩的負(fù)載量及硅鋁比測(cè)定109-110
• 5.3.2 復(fù)合材料形貌的SEM分析110-111
• 5.3.3 復(fù)合材料的XRD分析111-113
• 5.3.4 復(fù)合材料的FT-IR分析113
• 5.4 陶瓷-LSX分子篩對(duì)重金屬的吸附113-119
• 5.4.1 LSX分子篩對(duì)重金屬離子的吸附114-115
• 5.4.2 LSX分子篩對(duì)Cd2+吸附脫附的研究115-118
• 5.4.3 LSXZ/C的吸附性能118-119
• 5.5 小結(jié)119-120
• 結(jié)論120-122
• 參考文獻(xiàn)122-138
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果138-139
• 致謝139-140
• 作者簡(jiǎn)介140

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