污泥粉煤灰制備活性炭的方法及其性能分析

＊孫霆?dú)g

（神華新疆能源有限責(zé)任公司活性炭分公司 新疆 830027）

在城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的不斷推動(dòng)下，污水排放量日益遞增，這無疑增加了污泥的處理量，污泥處理問題逐漸成為了城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中不得不面臨的一個(gè)重大的難題，因此，加強(qiáng)對(duì)污泥資源化利用顯得尤為重要。由于污泥中含有大量的碳元素，因此，符合活性炭制備相關(guān)需求，通過利用化學(xué)處理法，可以將有機(jī)物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化為吸附材料，這種吸附材料含有大量的碳，具有較高的多孔吸附能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥內(nèi)部有機(jī)物質(zhì)的充分利用。因此，如何科學(xué)地分析和研究污泥粉煤灰制備活性炭方法及其性能是相關(guān)人員必須思考和解決的問題。

1.材料及方法

(1)材料及設(shè)備

在本次實(shí)驗(yàn)中，所使用的污泥和粉煤灰分別來自于污水處理廠、金陵電廠[1]，在本次實(shí)驗(yàn)中，所用到設(shè)備主要有以下幾種：電阻爐、孔隙比表面分析儀、數(shù)顯溫控儀、空壓機(jī)、分光光度計(jì)等。

(2)實(shí)驗(yàn)方法

為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和全面性，需要按照一定的配合比例，將干化處理后的污泥與粉煤灰進(jìn)行充分混合，以保證兩種材料混合的均勻性，同時(shí)，還要將氯化鋅作為活性炭制備的重要原材料，分析和探究對(duì)活性炭吸附性能的三大影響因素，這三大影響因素為活化溫度、浸漬比和活化時(shí)間[2]。整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作流程如下：①向烘箱中放入適量的污泥，然后，在120℃溫度的條件下，對(duì)污泥進(jìn)行烘干處理，確保污泥始終處于烘干狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，還要將烘干后的污泥放置于球磨機(jī)中，并對(duì)污泥進(jìn)行研磨處理，研磨時(shí)間應(yīng)控制為2h。此外，還要使用研磨篩，對(duì)研碎后的干污泥進(jìn)行篩選處理，從而篩選出粉末狀的干污泥。②稱取適量的活化劑，并將其放置于坩堝中，然后，向坩堝中添加50ml的去離子水，對(duì)其進(jìn)行攪拌處理，直到活化劑完全溶解于去離子水即可[3]。③稱取適量的粉末狀污泥和粉煤灰于試管中，并向試管中添加一定量的活化劑，并進(jìn)行不斷攪拌處理，使得污泥與活性劑溶液進(jìn)行充分混合，同時(shí)，還要對(duì)混合后的溶液進(jìn)行浸泡處理，浸泡時(shí)間應(yīng)控制在24h以內(nèi)，然后，將其放置于120℃的干燥箱中，使其處于完全干燥的狀態(tài)。④將浸染有活性劑的物料放置于玻璃管內(nèi)，然后，擰緊橡皮塞。此外，還要向玻璃管內(nèi)通入一定量的氮?dú)猓_保玻璃管內(nèi)的空氣被氮?dú)廒s走，并打開管式爐，對(duì)污泥進(jìn)行加熱處理，將加熱速率設(shè)置為10℃/min，當(dāng)活化處理結(jié)束后，停止對(duì)污泥的加熱。同時(shí)，還要向玻璃管內(nèi)持續(xù)不斷地通入一定量的氮?dú)?，?dāng)爐內(nèi)溫度低于100℃時(shí)，結(jié)束氮?dú)馔ㄈ氩僮?。?dāng)爐內(nèi)溫度降低到常溫狀態(tài)后，方可移出活化產(chǎn)物。⑤使用蒸餾水對(duì)活化料進(jìn)行反復(fù)沖洗，當(dāng)洗滌液的pH值被控制在6-7之間后，使用120℃干燥箱對(duì)其進(jìn)行干燥處理，并對(duì)產(chǎn)物最終質(zhì)量進(jìn)行稱取，從而計(jì)算出最終的獲得率，同時(shí)，還要將最終的產(chǎn)物放置于樣品袋中進(jìn)行保存。⑥測(cè)定和對(duì)比制備活性炭和商用活性炭所對(duì)應(yīng)的吸附性能。

(3)活性炭制備方法

在本次實(shí)驗(yàn)中，所用到的活性炭制備方法主要以化學(xué)活化法為主，該方法在具體的運(yùn)用中，通常會(huì)用到NaOH溶液、H2SO4溶液，這些溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性，通過將這些藥劑作為實(shí)驗(yàn)材料，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原料中有機(jī)物質(zhì)的刻蝕，使得它們通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生以下兩種物質(zhì)，分別是水蒸氣和碳?xì)浠衔?，以達(dá)到分離原料的目的，從而獲得大量的碳微晶，這些碳微晶不含有水蒸氣和碳?xì)浠衔铮哂蟹€(wěn)定的孔隙結(jié)構(gòu)。

2.結(jié)果分析

(1)污泥粉煤灰配比對(duì)活性炭吸附性能的影響

按照一定的混合比例，將干污泥與粉煤灰進(jìn)行充分混合，然后，再與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的氯化鋅溶液進(jìn)行攪拌混合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混合活性炭的科學(xué)制備，在粉煤灰含量不斷上升下，制備活性炭的吸附性能呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)。當(dāng)活化溫度、活化時(shí)間相同時(shí)，發(fā)現(xiàn)活性炭對(duì)碘吸附值持續(xù)上升，達(dá)到了278.51mg/g；當(dāng)干污泥質(zhì)量:粉煤灰質(zhì)量:氯化鋅質(zhì)量達(dá)到10:3:3時(shí)，活性炭的碘吸附值達(dá)到最大值，高達(dá)370.25mg/g，此時(shí)，活性炭的碘吸附以達(dá)到飽和狀態(tài)，繼續(xù)添加粉煤灰，不會(huì)對(duì)活性炭碘吸附值產(chǎn)生任何影響。

(2)浸值比對(duì)活性炭吸附性能的影響

嚴(yán)格按照10:3的比例，將干污泥與粉煤灰進(jìn)行充分混合，并添加一定量的氯化鋅，同時(shí)，還要確保各個(gè)實(shí)驗(yàn)組的活化溫度和活化時(shí)間保持相同，然后，對(duì)所制備好的活性炭碘吸附值進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1所示。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，在實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，當(dāng)活化劑含量不斷上升時(shí)，制備活性炭的吸附性能會(huì)呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)；當(dāng)干污泥質(zhì)量:粉煤灰:氯化鋅為10:3:4時(shí)，所制備的活性炭碘的吸附值最高，高達(dá)377.98mg/g，此時(shí)，繼續(xù)增加活化劑投放量，活性炭的碘吸附值增長(zhǎng)幅度略有減小。

表1 活化劑對(duì)活性炭吸附能力的影響

(3)活化溫度對(duì)活性炭吸附性能的影響

當(dāng)干污泥、粉煤灰與氯化鋅三者之間的比例和活化時(shí)間相同時(shí)，當(dāng)活化溫度不同時(shí)，活性炭的吸附性能會(huì)表現(xiàn)出很大的差異，經(jīng)過對(duì)活性炭的吸附性能進(jìn)行測(cè)量，獲得如表2所示的測(cè)量結(jié)果。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)干污泥質(zhì)量:粉煤灰質(zhì)量:氯化鋅為10:3:4，活化溫度調(diào)整為500℃時(shí)，制備活性炭的碘吸附值最高，高達(dá)385.02mg/g，此時(shí)，如果繼續(xù)增加活化溫度，會(huì)發(fā)現(xiàn)制備活性炭的碘吸附值沒有上升反而下降，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是當(dāng)活化溫度過高時(shí)，氯化鋅活性炭結(jié)構(gòu)出現(xiàn)解體現(xiàn)象，使得氯化鋅出現(xiàn)氣化反應(yīng)或者氧化反應(yīng)，破壞了活性炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)，使得活性炭吸附性能變得越來越差。

表2 活化溫度對(duì)活性炭吸附能力的影響

(4)活化時(shí)間對(duì)活性炭吸附性能的影響

當(dāng)干污泥質(zhì)量：粉煤灰質(zhì)量：氯化鋅結(jié)果相同，且活化溫度相同時(shí)，活化時(shí)間不同，活性炭的碘吸附值會(huì)出現(xiàn)較大的差異，經(jīng)過測(cè)量后，得到如表3所示的測(cè)量結(jié)果。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)干污泥質(zhì)量:粉煤灰質(zhì)量:氯化鋅為10:3:4，活化溫度調(diào)整為500℃時(shí)，活性炭碘吸附值會(huì)隨著活化時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加，當(dāng)活化時(shí)間延長(zhǎng)至80min時(shí)，制備活性炭的碘吸附值最高，高達(dá)379.25mg/g，此時(shí)，活性炭的碘吸附值不會(huì)隨著活化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，反而出現(xiàn)下降趨勢(shì)，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是隨著反應(yīng)時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，制備活性炭的活化程度越來越明顯，但是，當(dāng)活化時(shí)間超過80min后，制備活性炭的擴(kuò)孔程度有所加深，部分微孔逐漸擴(kuò)展為中孔、大孔，這會(huì)導(dǎo)致制備活性炭的微孔孔容不斷減小，使得其比表面積有所下降。

表3 活化時(shí)間對(duì)活性炭吸附能力的影響

3.結(jié)束語

綜上所述，本文將污泥、粉煤灰設(shè)置為活性炭制備原材料，然后采用化學(xué)處理法，對(duì)影響活性炭吸附性能的因素進(jìn)行分析和研究，得出結(jié)論如下：（1）當(dāng)污泥與粉煤灰充分?jǐn)嚢杌旌虾?，所制備的活性炭可以獲得較高的吸附性能。當(dāng)干污泥質(zhì)量:粉煤灰質(zhì)量為10:3時(shí)，活性炭吸附能力達(dá)到最高。（2）對(duì)于混合活性炭而言，其最理想制備工藝條件為:將干污泥質(zhì)量:粉煤灰質(zhì)量:氯化鋅質(zhì)量調(diào)整為10:3:4，活化溫度需要調(diào)整為500℃，活化時(shí)間需要調(diào)整為80min。（3）對(duì)于混合活性炭而言，其最佳制備工藝條件為：活性炭的比表面積需要調(diào)整為459.56m2/g；活性炭的總孔容積需要調(diào)整為0.32mL/g；活性炭的碘吸附值需要調(diào)整為376.17mg/g，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬廢水的有效凈化。