【摘要】：煤化工作為實現煤炭從單一燃料向燃料與原料并重轉變的新方式,近年來在我國得到快速發(fā)展。焦化產業(yè)作為煤化工的重要部分,對鋼鐵及其下游產業(yè)發(fā)展意義重大。焦化產業(yè)的高污染性不僅限制其健康發(fā)展,并對人們生活環(huán)境造成了不利影響,焦化廢水表現尤為突出。吸附法是一種應用廣泛的焦化廢水處理方法,目前應用的吸附劑有活性炭、樹脂、粉煤灰等,但存在著吸附劑成本高、吸附效果差、易造成二次污染等弊端,限制了吸附法的推廣應用。因此,尋求一種新型綠色高效的廉價吸附劑顯得十分必要。焦粉(Coking Powder,CP)是一種新型多孔的煤基材料,是煉焦煤隔絕空氣高溫熱解后在干式熄焦工藝中產生的細粒產物。本文以焦化廢水中的氮雜環(huán)類(NHCs)污染物中的吡啶、喹啉、吲哚為吸附對象,探討CP對NHCs的吸附機理。利用不同改性處理方法制備出不同性質焦粉,并表征改性對焦粉表面形貌及物理化學性質的影響,重點闡釋了焦粉對NHCs的吸附等溫線、吸附速率控制過程及熱力學自發(fā)性。得到主要結論有:(1)焦粉主要由石墨結構組成,同時還鑲嵌有C-C、C=O、C-O、π-π*等官能團形成中孔結構,微孔容量僅占總孔容的10%左右。原焦粉比表面積為25.36m2/g,經過不同改性后焦粉比表面積提高了16.84%-28.08%。HNO_3會溶解焦粉中部分Ca、Mg礦物質,因此改性后焦粉表面較光滑,同時HNO_3強氧化性會增加焦粉表面C-O官能團。H2SO4改性后焦粉與HNO_3改性類似,但含氧官能團含量不如HNO_3。NaOH與焦粉中的鋁硅酸鹽發(fā)生反應并析出礦物質,溶解-再析出過程造成較酸處理更為可觀的比表面積和豐富的物質組成。微波處理使焦粉中的部分含氧有機質分解,使其具有更加豐富的孔隙和更強的石墨結構。(2)焦粉對NHCs的吸附行為均能夠用Freundlich模型進行描述,但焦粉吸附吡啶Langmuir模型擬合度最高。焦粉吸附吡啶是以表層吸附為主,而喹啉和吲哚吸附行為存在表層為主的多層吸附。焦粉對NHCs有較好的吸附效果,其對吡啶、喹啉、吲哚的最大吸附容量分別達到15.56 mg/g、9.26 mg/g、15.28 mg/g。四種相互作用機理分析表明,疏水作用力可能對焦粉吸附NHCs貢獻較大,但也存在著范德華力、靜電相互作用和π-πEDA相互作用。焦粉對NHCs的吸附物理吸附與化學吸附同時存在,每個作用貢獻大小還需要進一步研究。(3)Lagergren一階動力學模型、Lagergren二階動力學模型、Weber-Morris孔擴散模型中Lagergren二階動力學模型能夠很好的描述NHCs在焦粉上的吸附行為。焦粉吸附NHCs行為主要面擴散和孔內擴散共同決定,兩者中表面擴散為主導作用。NHCs在焦粉上的吸附速率較快,第一階段(吸附前1 min)為表面擴散階段,焦粉對NHCs吸附量可達到平衡吸附量的72-94%;第二階段(1-10 min)為孔內擴散階段,焦粉對NHCs吸附量為平衡吸附量的4-17%。(4)五種焦粉中CP-MW具有最佳的吸附效果。升溫有助于吡啶在焦粉上獲得更大的吸附量,而降溫有助于焦粉對喹啉和吲哚的吸附。焦粉吸附吡啶、喹啉、吲哚的平均活化能分別為12.55 kJ/mol、22.51 kJ/mol、12.52 kJ/mol,NHCs在焦粉表面吸附較易進行,且以物理吸附為主。焦粉對吡啶、喹啉、吲哚的△G0基本是正值,焦粉對NHCs的吸附過程是熱力學非自發(fā)的。焦粉吸附吡啶是吸熱反應,是熱力學混亂程度增加的過程;吲哚與喹啉在焦粉上的吸附熱力學行為則相反,屬于是放熱反應,屬于熱力學混亂程度減少的過程。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X784;TQ424
【圖文】：

曾經等采用Al(NO3)3溶液對粉煤灰進行浸泡，發(fā)現改性后對銅（Ⅱ）具有較強的吸附性能。徐國想等[68]在水熱合成法、堿融法粉煤灰沸石合成工藝對比中發(fā)現，堿融法合成的沸石對Cr6+去除效果優(yōu)于水熱合成法，前者對Cr6+去除率可達90%以上。圖 2-1 開放孔與封閉孔隨變質程度變化關系（1）封閉孔（2）開放孔Figure 2-1 Relationship between open pore andclosed pore with Volatile content圖 2-2 煤粉粒徑與平均孔徑關系Hs、Js 為不同煤樣Figure 2-2 Relationship between particle sizeand average pore size

曾經等采用Al(NO3)3溶液對粉煤灰進行浸泡，發(fā)現改性后對銅（Ⅱ）具有較強的吸附性能。徐國想等[68]在水熱合成法、堿融法粉煤灰沸石合成工藝對比中發(fā)現，堿融法合成的沸石對Cr6+去除效果優(yōu)于水熱合成法，前者對Cr6+去除率可達90%以上。圖 2-1 開放孔與封閉孔隨變質程度變化關系（1）封閉孔（2）開放孔Figure 2-1 Relationship between open pore andclosed pore with Volatile content圖 2-2 煤粉粒徑與平均孔徑關系Hs、Js 為不同煤樣Figure 2-2 Relationship between particle sizeand average pore size

過總孔容量的60%[69]（如圖2-1所示）。活化可改善其表面基團或孔隙度如熱處理、化學處理[70-73]（堿金屬、過氧化氫氧化或其他藥劑），從而提高煤粉的吸附能力。目前的主要方法有研磨、酸處理、微波處理等。煤粉經過研磨后，其內部的封閉

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2793251