电吸附活性炭电极制备及高盐废水处理应用研究

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电吸附技术是具有节能、无二次污染、操作简便等特点,在水的脱盐领域具有良好的应用前景。本文针对电吸附水处理技术展开研究,以常用碳材料活性炭粉为电吸附电极原材料,对活性炭粉进行酸处理和ZnCl2化学改性两种不同的改性处理,并制备了不同性能和规格的活性炭电极,通过多种表征手段表征所制备电极的形貌、结构及电化学性质;使用所制备的电极进行了模拟废水实验,研究了改性活性炭电极电吸附性能并通过分析吸附动力学和热力学探讨了电吸附的吸附机制;通过设计并制作电吸附反应器对皮革废水进行深度处理实验,探求了电吸附技术在皮革废水处理领域的可行性。主要内容和结论如下:  1.对原活性炭粉进行酸处理和ZnCl2化学改性处理,由ZnCl2化学改性活性炭粉为原材料压制了化学改性活性炭电极一,由酸处理活性炭粉为原材料压制并进行高温活化制备了物理改性活性炭电极二,由ZnCl2化学改性活性炭粉为原材料压制并进行高温活化制备了物理化学改性活性炭电极三。对制备所得电极进行BET、SEM、TEM及电化学工作站等表征,结果表明制备所得的活性炭电极二(613.49 m2/g)和电极三(748.54 m2/g)BET比表面积分别是原活性炭粉比表面积(306.74 m2/g)的2倍和2.44倍。SEM及TEM结果表明经过改性后的活性炭形成有序的多孔碳骨架结构,可扩张碳颗粒间空隙形成丰富的碳间孔。高温活化作用和ZnCl2脱氢作用可形成均匀密集的碳内孔。电极三具有良好的电容量、电极可逆性和电化学性能。  2.对性能最佳的电极三活性炭电极,通过单电极组烧杯吸附试验,设定不同搅拌条件和电场条件,研究水力条件和电场作用对吸附的影响。发现电极三活性炭电极对NaCl溶液的紊态电吸附效果远大于紊态静态电吸附、紊态吸附和静态吸附,紊态流动和电场使电极单位吸附量增大至8.78倍。在紊态电吸附条件下探索电吸附对不同阴离子Cl-、SO42-、PO43-的吸附能力,发现吸附量随离子电荷数增加而增加,吸附平衡时间随着离子电荷数增加而增加。  3.利用动力学拟合电极三的紊态电吸附过程,结果表明一级动力学拟合度最高,吸附过程是由扩散机制控制的慢吸附过程;随温度升高吸附量升高,未发生化学键变化,主要作用力为静电力作用。电极解吸率高,电吸附性能稳定,可多次循环利用。  4.对某皮革废水尾水进行单电极电吸附实验,并利用自制电吸附反应器进行串级连续电吸附处理皮革废水实验。分析实验工作曲线和处理结果,发现在一定范围内,随电压增大,电吸附量升高,吸附平衡时间变长,平衡解吸量增大,解吸平衡时间变短。单电极间歇电吸附处理废水电吸附工作曲线分为快速吸附期和吸附平衡稳定期,快速吸附器具有实际意义。一级连续电吸附处理皮革废水吸附工作曲线可分为吸附增长期、吸附稳定期和吸附衰减期,在实际应用中,吸附增长期和吸附稳定期对污染物的去除具有重大实际意义。串级连续电吸附处理的吸附工作曲线以反应器级数为单元分级,每一级包括吸附增长期和吸附稳定期。经过三级连续电吸附处理后,皮革废水COD去除率达到97.85%,TDS达到82.30%,Cl-达到88.33%,得到深度处理。
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