基于活性炭吸附及组合工艺对洗消废水处理的应用研究

本课题旨在为"移动式核化洗消废水装置"工艺的研发提供理论依据及放大参考.国内外对洗消废水或与洗消废水性质相似的废水的处理方法包括沉淀过滤法,泡沫分离法,吸附法,膜分离法,混凝法,高级氧化法等.综合分析了国内外洗消废水处理工艺,针对水质特点及移动式装置对重量限定,稳定性及抗震性的环境要求,研究装置处理工艺初步确定为:混凝沉淀——过滤单元——活性炭吸附——离子交换——膜处理单元.活性炭吸附单元作为洗消废水中有机毒剂的主要处理单元,在整套工艺中具有极其重要的作用.因此,在小试阶段重点研究吸附单元对洗消废水中的特征污染物甲基膦酸二甲酯(Dimethyl Methyl Phosphonate,DMMP)的吸附效果具有一定的意义.小试实验研究分析活性炭吸附单元不同型号活性炭的性能参数,筛选最优型活性炭,并考察了不同溶液p H,流速,初始浓度,钙离子(Ca2+)影响等条件下活性炭对洗消废水处理效果,确定最优操作条件,为工艺优化及放大提供理论依据.最后,通过对洗消废水中试装置及样机的调试及实验结果,验证"移动式核化洗消废水装置"整体组合工艺的可行性,并进行改善优化.小试研究结果表明,煤质炭对模拟洗消废水中的有机物吸附性能最优,椰壳活性炭次之,其中煤质活性炭09炭的吸附性能最强;在相同粒径条件下,同一原材料活性炭的碘值的大小与吸附量成正相关关系.弱酸性条件有利于吸附反应的进行,而强酸及碱性环境均会抑制吸附反应.在无机物Ca2+与DMMP共存的情况下,低浓度的Ca2+可以促进活性炭对有机磷的吸附,而过高浓度的Ca2+对活性炭吸附行为产生抑制作用.以流速,p H,活性炭填充高度和初始浓度等影响因素为参考对象,进行L9(33)的正交优化实验.结果显示各影响因子的显著性由大到小依次为初始浓度流速p H填充高度.最佳操作参数条件:流速为2mm·s-1,p H为6,填充高度为500mm,初始浓度为300mg·L-1.中试及样机测试结果表明,"混凝—过滤—吸附—离子交换—膜组件"组合工艺能满足移动式洗消废水处理的要求,整套设备的总运行成本为4.094元/吨.

块体椰壳活性炭的制备及其在低温冷凝板中的应用研究

聚变能是一种清洁高效的能源,在"碳达峰,碳中和"的大背景下,核聚变已成为一个重要的研究方向.中国在磁约束聚变方面的研究位于世界前列,且开展了 中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的设计研究工作.CFETR是一个大型真空设备,而低温泵输系统是CFETR的重要组成部分之一.低温泵输系统的主要功能是在等离子体运行过程排出由氢同位素,氦灰和各种杂质气体组成的等离子体废气,从而维持等离子体放电所需的动态真空度.低温泵内设有用超临界氦冷却到4.5K温度的低温板,对于沸点高于液氦的气体,低温板可以使泵抽气体凝结,从而实现抽气目的,然而CFETR所需泵抽气体中含有氦气,氦气无法在氦冷的低温板上冷凝,因此需要在低温板上加上吸附材料,通过将气体吸附在吸附材料的多孔结构中,进而实现氦气的泵抽.椰壳活性炭因其优异的吸附性能和大存储容量已成为低温泵所需吸附材料的首选材料,已有研究者选择使用环氧树脂等有机粘结剂为成型剂通过涂覆工艺制备低温板表面吸附层,但托卡马克聚变堆排出气体中含有大量的氚,氚会在泵输系统运行过程中对吸附层中的有机聚合物产生一定的辐照损伤.无机粘结剂相比于有机粘结剂具有优异的抗辐照稳定性,但其韧性较差,在低温环境下容易导致吸附层脱落.本文选择无机粘结剂作为主要活性炭成型粘结剂,通过在无机粘结剂中添加少量柔性聚氨酯的方法制备椰壳活性炭吸附层,在保证活性炭吸附层的抗氚辐照性能的同时,改善了活性炭吸附层的抗热震性能.论文主要包含四个方面的内容:1)块体椰壳活性炭的制备技术研究;2)活性炭吸附层与冷凝板金属基材界面性能研究;3)低温板上活性炭吸附层导热性能研究;4)活性炭吸附层低温吸附性能研究.第一部分主要内容为:以无机粘结剂作为主要成型剂,通过在无机粘结剂中添加少量柔性聚氨酯的方法制备块体椰壳活性炭.将成型剂中添加了柔性聚氨酯的样品与不添加柔性聚氨酯的样品进行了物理性能的对比,研究了成型剂含量与活性炭吸附层比表面积和抗压强度之间的关系.第二部分主要内容为:研究了成型剂含量对活性炭吸附层粘接强度的影响,并对粘附有活性炭吸附层的低温板进行了热震循环实验,探索出相对合适的聚氨酯在成型剂中的质量占比,同时证明了在成型剂中添加聚氨酯后活性炭吸附层抗热震性能的优越性.第三部分主要内容为:结合实验与数值模拟的方法对低温板上活性炭吸附层的导热性能进行研究,重点参数为活性炭吸附层的热扩散系数,比热容和导热系数,分析了活性炭吸附层的导热性能与温度,成型剂含量之间的关系.补足了新型活性炭吸附层的基础导热性能数据,并将数值模拟结果与实验结果相对比,从而建立了合理的活性炭吸附层热导率的数值模拟分析方法.第四部分主要内容为:对吸附过程中的理论抽速进行了计算,并在此基础上研究了活性炭吸附层在低温条件下对氢气与氦气的吸附性质,并对两者吸附结果进行对比分析.

高比表面积椰壳活性炭的制备及其应用

以活性炭AC为原料,采用CO2活化法制备高比表面积活性炭,通过控制尾气中CO2含量间接控制活化反应速率,测试了以产品活性炭为电极材料的双电层电容器的充放电性能及循环伏安特性,并测定了以产品活性炭为吸附剂的CO2,CH4,N2,O2和H2的298K吸附等温线.实验结果表明,在控制尾气中C02含量小于10%,活化28h,所得活性炭(AC-28)比表面积为2587m^2/g,总孔容为1.47cm^3/g,较原料活性炭AC的相应数值分别提高33%和62%,以AC-28为电极材料的双电层电容器具有良好的充放电性能,电极比电容达171F/g,作为吸附剂,活陛炭AC-28对CO2的吸附量远远大于CH4,O2,N2和H2,具有吸附分离COJN2,CO2/O2及CO2/空气气体混合物中CO2的潜力.

椰壳基活性炭吸附高氯酸盐污染物的研究

为确定高氯酸盐污染物椰壳基活性炭吸附的最佳工艺参数,以高氯酸 铵模拟废水为处理对象,通过L25(5)4正交试验考察活性炭投加量,温度,pH值,高氯酸盐初始浓度等参数对活性炭吸附率的影响规律.结果表 明,ClO4-的去除率随着活性炭投加量的增加,ClO4-初始浓度的增大而增大,在偏中性的环境中具有较高的去除率,高温不利于活性炭的吸附反应.最佳 工艺参数:活性炭投加量为0.4 g/L,pH为中性,温度为25 ℃,高氯酸盐初始质量浓度为2 mg/L.在最佳工艺参数条件下对ClO4-的吸附率为74.87%.

微波加热制备椰壳活性炭吸附含Pb废水特性研究

采用微波加热水蒸气活化法制备了椰壳活性炭(MAC),用于吸附水溶液中的Pb,并对吸附热力学进行了探讨.吸附热力学研究中考察了温度对吸附的影响.应用Van't Hoff方程对热力学参数(标准吉布斯自由能Δ、标准焓Δ、标准熵Δ)进行了计算.热力学研究表明:Pb吸附于MAC上是一个自发进行的放热过程.采用Langmuir和Freundlich吸附等温式对不同温度下获得的吸附平衡数据进行了分析,结果显示Langmuir模型对实验数据能更好的进行拟合.