污泥制备活性炭及其应用研究进展.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑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举行研究，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，成分繁杂，由胶体、无机颗粒、有机残片、细菌菌体等组成，是组成分外繁杂的非均质体，含有60%～80%的有机物，被世界水环境组织命名为“生物固体”，说明了污泥具有资源化的潜质将污泥制成活性炭是很有进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根基之上，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，粗蛋白质约莫占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养护作用下，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，用氮气作养护气，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，污泥基吸附剂的比外观积也呈现出逐步增加的趋势；当温度在550～650℃之间时，随着热解温度的升高，其比外观积却呈现出了下降的趋势；当热解温度超过850℃以后，比外观积逐步减小 ?? 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举行高温热解，然后利用水蒸汽、CO2、O2等活化气体，在600～1200℃下对碳举行弱的氧化作用，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布局。

有研究结果说明，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，变更活化气体中CO2与H2O比例可以操纵吸附剂的孔径分布 ?? 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养护气体，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外观积为61 m2/gMéndez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养护气，在450℃下热解1h， 制得的污泥基活性炭的比外观积分别为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外观积分别增加至102 m2/g和105 m2/g由此测验结果可以得出，气体活化法可以显著的提高两种污泥基活性炭的比外观积值，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外观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，活化剂的选择显得分外重要，选择出适合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空气下热解确定时间，热解温度对制得的污泥基吸附剂的比外观积会产生确定的影响 ?? 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外观积值很低，仅为26 m2/g；当 活化温度增加到600℃时，污泥基吸附剂的比外观积有了明显的提高，由原来的26 m2/g增加到了170 m2/gZhang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，测验测得污泥基吸附剂的比外观积为408 m2/g，为直接热解法制备的污泥基吸附剂的2.97倍由二者的比较可以得出，污水污泥的来源和特性对于污泥基吸附剂的比外观积有很大的影响，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，制止热解过程中焦油的产生以提高吸附剂含碳量，从而制备具有孔隙布局兴隆的吸附剂[14]当ZnCl2浓度较小时，污泥基吸附剂主要孔隙布局是微孔，随着氯化锌浓度的增大，微孔逐步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说明，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外观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外观积为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确定的限制。

?? 2.2.4 氢氧化钾活化法 ?? KOH作为活化剂时，在氧化回响中其自身具有确定的催化作用有研究说明，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，污泥基吸附剂的比外观积较高 ?? 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，其比外观积为1900 m2/g其中，碳化阶段制得的污泥基吸附剂的比外观积为7 m2/g，而经过KOH活化后制得的污泥基吸附剂的比外观积增加了大约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外观积较高，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，测验结果说明：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 — 6 —。