活性炭國(guó)家專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭過(guò)濾凈化洗滌塔中的廢水

　　酚類(lèi)化合物是一種能夠在環(huán)境中長(zhǎng)期存在并會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害的化學(xué)物質(zhì)，尤其是水生環(huán)境。含酚的廢水可能在生物質(zhì)工業(yè)中產(chǎn)生，苯酚是洗滌塔廢水中的主要成分，該洗滌器廢水用于基于生物質(zhì)的氣化廠中的合成氣凈化。吸附是廢水凈化的常見(jiàn)策略，可以使用碳材料(例如活性炭和生物炭)進(jìn)行過(guò)濾凈化處理。洗滌塔廢水中的酚類(lèi)化合物濃度在很大程度上取決于合成氣中的苯酚含量，工藝流程和參數(shù)，例如濕式洗滌塔單元中水與合成氣的流量比。所以這次我們來(lái)測(cè)試了在相同條件下幾種活性炭與生物炭對(duì)含酚的廢水的處理效果。

　　活性炭是通用的吸附劑，對(duì)從水溶液中吸附有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物效果特別好。在化學(xué)工業(yè)中，活性炭常見(jiàn)的應(yīng)用是在固定床反應(yīng)器或流化床反應(yīng)器中，其中氣體或液體流的通過(guò)允許去除大量污染物�；钚蕴康奶匦�，例如大比例的微孔，高的比表面積，高的孔容，良好的機(jī)械強(qiáng)度等，提供了具有化學(xué)和物理特性的骨架類(lèi)型，可用于吸收應(yīng)用�；钚蕴客ǔＲ苑勰┖皖w粒形式使用，也可以根據(jù)工業(yè)應(yīng)用定制出合適的形式。

　　洗滌塔廢水的連續(xù)吸附測(cè)試

　　使用活性炭在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下進(jìn)行了連續(xù)吸附測(cè)試，實(shí)驗(yàn)裝置在圖1所示。該系統(tǒng)由一個(gè)校準(zhǔn)的蠕動(dòng)泵組成，該泵將苯酚溶液供入含有活性炭的玻璃圓柱塔的底部。該柱的內(nèi)徑為29mm，總長(zhǎng)度為60cm。將液體流速設(shè)定為55mL/分鐘以獲得等于5m/h的空床液體速度。使用不同數(shù)量的活性炭(即20、30和50g)來(lái)研究吸附床長(zhǎng)度對(duì)穿透曲線的影響。在每次測(cè)試之前，用水沖洗碳床，以消除孔中所含的空氣。此外，還允許從碳粒中淘出殘留的細(xì)顆粒。每隔一分鐘從該列的頂部對(duì)流出物進(jìn)行采樣。回收的樣品存儲(chǔ)在4°C的密閉瓶中，并通過(guò)HPLC技術(shù)進(jìn)行分析。

　　圖1：用于活性炭連續(xù)吸附測(cè)試的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。

　　過(guò)濾用活性炭參數(shù)

　　在兩個(gè)不同放大倍率下所研究活性炭樣品的SEM圖像在圖2顯示。所有樣品均表現(xiàn)出不確定的形狀，帶有大孔，對(duì)于活性炭樣品可能會(huì)觀察到。對(duì)于生物炭樣品，還可以觀察到外表面上存在一些大孔。相反，相對(duì)于在更苛刻的條件下(例如高溫氣化)生產(chǎn)的生物炭樣品，在生物炭樣品上未觀察到大孔可能是由于其生產(chǎn)所采用的條件較溫和(即緩慢熱解)。

　　圖2：研究的1000碘值活性炭，800碘值活性炭，熱解生物炭和氣化生物炭樣品的SEM圖像。子圖是較高放大倍數(shù)的SEM圖像。

　　間歇條件下的吸附測(cè)試

　　經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)用活性炭來(lái)處理洗滌塔廢水中的苯酚是比較好用的。然而，從工藝圓度的角度來(lái)看，將生物炭樣品用于廢水處理也有些特點(diǎn)。實(shí)際上，在生物質(zhì)氣化過(guò)程中產(chǎn)生的焦炭被認(rèn)為是低價(jià)值的材料，用途非常有限，可以作為工藝廢物流處理。因此，利用生物質(zhì)氣化炭作為吸附劑材料處理合成氣濕法清潔過(guò)程中產(chǎn)生的廢水可能是其增值的策略。氣化產(chǎn)生的生物炭可被視為零值產(chǎn)品(如果將其作為廢物處置，則可能為負(fù)值)，而熱解產(chǎn)生的生物炭通常具有正的生產(chǎn)成本，因?yàn)樗�是該過(guò)程的目標(biāo)產(chǎn)品。因此，盡管生物炭樣品對(duì)苯酚的吸附能力最低，但仍被研究為潛在的吸附劑，用于處理基于生物質(zhì)的氣化廠中產(chǎn)生的實(shí)際洗滌塔廢水。為了進(jìn)行比較，還對(duì)1000碘活性炭樣品的實(shí)際合成氣洗滌塔廢水的凈化能力進(jìn)行了研究，圖3報(bào)告了處理24小時(shí)后合成氣洗滌塔水的UV-Vis光譜與活性炭含量的關(guān)系。

　　圖3：生物炭樣品(a)和活性炭樣品(b)的洗滌塔廢水的UV-Vis曲線與碳量的關(guān)系。

　　活性炭過(guò)濾凈化洗滌塔中的廢水的測(cè)試結(jié)果清楚地證明，就洗滌塔廢水和苯酚的去除，單凈化水平活性炭明顯優(yōu)于生物炭。實(shí)際洗滌塔廢水和苯酚模型溶液的凈化水平都隨著碳量的增加而增加�；钚蕴繉�(duì)于純合成氣洗滌塔廢水，凈化水平從47%提高到92%，對(duì)于苯酚模型溶液，凈化水平從68%提高到99%。實(shí)際上，使用4g的活性炭可將廢水凈化水平達(dá)到約92%，而氣化生物炭的廢水凈化水平僅為25%。就苯酚的去除而言，也觀察到類(lèi)似的趨勢(shì)。總體而言，實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果表明，生物炭的性能明顯低于活性炭。但是，所檢驗(yàn)的殘留焦炭已證明在一定程度上是有效的活性炭，可用于過(guò)濾凈化被苯酚污染的水。因此，就將其用于酚類(lèi)污染水的再生以及相關(guān)工廠單元的設(shè)計(jì)而言，這一成就為進(jìn)一步評(píng)估技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性提供了動(dòng)力。

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