一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法
2024-04-07 19:01:05
一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法
【專利摘要】本發明公開了一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法。本發明將一定量初始濃度100-900mg/L、初始pH3-11的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25-35℃、轉速30-90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min，隨後加入比表面積568.99-1770.49m2/g，孔容0.32-0.99cm3/g，孔徑的煤基活性炭2.5-12.5g/L，脫除2-100min後，迅速取出並抽濾，脫除率高達99.67％，脫除量高達123.45mg/g。煤基活性炭是以新疆無煙煤為原料進行微波炭化和活化一步法製備的產品，其特徵是在於該煤基活性炭對菲的脫除過程中，具有煤基活性炭用量少、脫除時間短、脫除容量大、脫除效果顯著的脫除技術優勢，在實際工作中為控制多環芳烴對環境造成的汙染提供科學的依據，具有良好的環境效益和社會效益。
【專利說明】一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法，特別涉及一種可以提供煤基活性炭用量少、脫除時間短、脫除容量大、脫除效果顯著的菲脫除條件的方法。
【背景技術】
[0002]多環芳烴是一類具有苯環結構的化合物，大多是由於石油、煤等化石燃料以及木材、天然氣、汽油、重油、有機高分子化合物、紙張、作物秸杆、菸草等含碳氫化合物的物質經不完全燃燒或在還原性氣氛中經熱分解而生成的，屬於持久性有機汙染物。多環芳烴具有高脂溶性及生物富集性，對自然生物及人類身體健康危害極大，菲作為典型的多環芳烴，若與其長期接觸，會引起乏力、睡眠不佳、食慾減退、血沉增速等病症。
[0003]在焦化煤氣、有機化工、石油工業、煉鋼煉鐵等工業所排放的廢棄物中有相當多的多環芳烴；飛機、汽車等機動車輛所排放的廢氣中也含有相當數量的多環芳烴；垃圾深填埋處理過程中，會產生大量垃圾滲透液，經水浸泡後，產生含有大量多環芳烴的高深度有機廢水；垃圾焚燒中，每小時處理90噸的垃圾焚燒爐每天排放的致癌性的多環芳烴總量達20多千克，菲作為常見的多環芳烴在其中佔有很大的比重；在煤爐排放的廢氣中，菲濃度可達lOOOLg/m3;吸菸所引起的居室環境的汙染，也已引起國內外人們的關注，最近有報導，人們已鑑定出150種以上的多環芳烴存在於香菸的焦油中，在雪茄菸的主要氣流中菲的含量為8Lg/ 支-122Lg/ 支。
[0004]利用傳統的物理化學方法很難有效的脫除多環芳烴，如混凝、絮凝、沉降、過濾、臭氧氧化等。目前吸附處理對於脫除溶液中的有機汙染物是一種簡單有效的方法。在脫除環境中多環芳烴的研究中，挪威的Patryk Oleszczuk等人[Activated carbon andbiochar amendments decrease pore-water concentrations of polycyclic aromatichydrocarbons (PAHs) in sewage sludge, 2012]利用生物質活性炭脫除汙泥汙水中的多環芳經。新力口坡的 Jie Bu 等人[Desulfurization of diesel fuels by selective adsorptionon activated carbons:Competitive adsorption of polycyclic aromatic sulfurheterocycles and polycyclic aromatic hydrocarbons, 2011]利用商業活性炭脫除多環芳烴。煤基活性炭是具有很高比表面積的多孔材料，可以被廣泛的應用於氣相、液相的分離/純化，脫除有毒物質，催化劑和催化劑載體等領域，然而採用微波法製備的煤基活性炭脫除菲的研究鮮見報導。
[0005]近年來隨著工業生產的發展，以煤為原料加工製成的具有獨特的孔隙結構和優良的脫除性能的煤基活性炭，在環境保護領域發揮著越來越重要的作用，新疆煤炭資源儲量豐富，品種齊全，煤質優良是未來煤基活性炭生產的理想基地之一，具有良好的發展前景。
[0006]鑑於此，本發明利用新疆豐富的煤炭資源，選取新疆無煙煤為原料，利用微波加熱法製備高脫除性能的煤基活性炭，並利用其脫除廢水中的菲，通過對脫除條件進行考察，可以提供節能高效，使脫除效果顯著的脫除條件，是一種具有良好的經濟效益和應用前景的脫除方法，在實際工作中為控制多環芳烴對環境造成的汙染提供科學的依據，並具有顯著 的技術優勢和較強創新性的智慧財產權。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法，該方法將採用微波輻射法以新疆無煙煤為碳源製備獲得的煤基活性炭投入菲溶液中，脫除菲。煤基活性炭對菲的脫除中，表現出節能高效，脫除效果顯著等優點，具有良好的環境效益和社會效益。
[0008]實現本發明目的採用以下技術方案:
[0009]將一定量菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於水浴恆溫振蕩器中預熱，隨後加入採用微波輻射法、以新疆無煙煤為碳源進行炭化和活化一步法製備獲得的煤基活性炭進行脫除，脫除完成後，迅速取出並抽濾，檢測剩餘濃度，計算脫除率和脫除量。該方法包括如下步驟:
[0010]1.煤基活性炭製備的具體步驟如下:
[0011](I)煤樣預處理:
[0012]將煤樣進行粉碎，研磨，過100目篩子，製成粉末；用蒸餾水清洗脫除煤焦油等雜質；然後將樣品置於110°C烘箱中乾燥4h，即得煤樣預處理產品。
[0013](2)微波法製備:
[0014]將步驟(I)中得到的煤樣預處理產品與活化劑KOH按照1: 1-1: 3的比例混合均勻，置於石英管中並安裝在微波反應器上，在N2保護，微波時間4-12min，微波功率700W下進行微波輻射，反應結束冷卻後取出微波製備樣品。
[0015](3)酸鹼處理:
[0016]將步驟(2)中得到的微波製備樣品進行酸處理，再用蒸餾水洗滌至濾液呈中性，置於110°C烘箱中乾燥4h，即得煤基活性炭。
[0017]2.煤基活性炭脫除菲脫除條件確定的具體步驟:
[0018](I)脫除溫度和脫除時間
[0019]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25-35°C，轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min，隨後加入步驟I中製備的煤基活性炭2.5g/L，脫除2-100min後，迅速取出並抽濾，檢測剩餘濃度，計算脫除率和脫除量。
[0020](2)煤基活性炭用量
[0021]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C，轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min，隨後加入步驟I中製備的煤基活性炭2.5-12.5g/L，脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測剩餘濃度，計算脫除率和脫除量。
[0022](3)菲溶液初始濃度
[0023]準確量取40mL初始濃度100_900mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C，轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min，隨後加入步驟I中製備的煤基活性炭7.5g/L，脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測剩餘濃度，計算脫除率和脫除量。
[0024](4)菲溶液初始pH
[0025]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為3_11的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C，轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min，隨後加入步驟I中製備的煤基活性炭7.5g/L，脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測剩餘濃度，計算脫除率和脫除量。
[0026](5)水浴恆溫振蕩器轉速
[0027]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C，轉速為30-90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min，隨後加入步驟I中製備的煤基活性炭7.5g/L，脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測剩餘濃度，計算脫除率和脫除量。
[0028]所得的煤基活性炭的比表面積568.99-1770.49m2/g，孔容0.32-0.99cm3/g,孔徑
28.2-29.82人；隨著脫除溫度的升高，脫除率和脫除量降低；隨著煤基活性炭用量的增
力口，脫除率升高，脫除量降低；隨著菲溶液初始濃度的增加，脫除率降低，脫除量增大；菲溶液初始PH和水浴恆溫振蕩器轉速對脫除率和脫除量影響較小。
[0029]本發明的優點為:
[0030]1.本發明所用的煤基活性炭，是以新疆煤炭資源豐富、煤質特性優良的煤炭為原料。採用的微波法製備，實現炭化和活化同步工藝，即縮短了製備時間，又節省了能源，從而降低製備煤基活性炭的成本，是一種經濟高效的製備方法，對煤基活性炭產品的廣闊應用提供優勢基礎。
[0031]2.本發明在煤基活性炭對菲的脫除中，可以提供使煤基活性炭用量少、脫除時間短、脫除容量大、脫除效果顯著的脫除技術，在實際工作中為控制多環芳烴對環境造成的汙染提供科學的依據，具有良好的環境效益和社會效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1不同脫除溫度、不同脫除時間下煤基活性炭對菲的脫除率的影響
[0033]圖2不同脫除溫度、不同脫除時間下煤基活性炭對菲的脫除量的影響
【具體實施方式】
[0034]下面通過具體實施例對發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護範圍。
[0035]實施例1:
[0036]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C,轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min,隨後加入比表面積568.99m2/g,孔容0.32cm3/g,孔徑29.82 A的煤基活性炭2.5g/L，脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測剩
餘濃度，計算脫除率和脫除量。對菲的脫除率為61.72%，脫除量為123.45mg/g。
[0037]實施例2:
[0038]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度35°C,轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min,隨後加入比表面積568.99m2/g,孔容0.32cm3/g,孔徑29.82 A的煤基活性炭2.5g/L，脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測剩
餘濃度，計算脫除率和脫除量。對菲的脫除率為58.48%，脫除量為116.97mg/g。
[0039]實施例3:
[0040]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C,轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min,隨後加入比表面積568.99m2/g,孔容0.32cm3/g,孔徑29.82 A的煤基活性炭2.5g/L，脫除2min後，迅速取出並抽濾，檢測剩餘濃度，計算脫除率和脫除量。對菲的脫除率為54.97%，脫除量為109.93mg/g。
[0041]實施例4:
[0042]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C,轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min,隨後加入比表面積568.99m2/g,孔容0.32cm3/g,孔徑29.82 A的煤基活性炭7.5g/L,脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測剩
餘濃度，計算脫除率和脫除量。對菲的脫除率為94.26%，脫除量為66.67mg/g。
[0043]實施例5:
[0044]準確量取40mL初始濃度900mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C,轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min,隨後加入比表面積568.99m2/g,孔容0.32cm3/g，孔徑29.82 A的煤基活性炭7.5g/L，脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測剩
餘濃度，計算脫除率和脫除量。對菲的脫除率為81.19%，脫除量為97.74mg/g。
[0045]實施例6:
[0046]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為11的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C,轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min,隨後加入比表面積568.99m2/g,孔容0.32cm3/g，孔徑29.82 A的煤基活性炭7.5g/L，脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測
剩餘濃度，計算脫除率和脫除量。對菲的脫除率為94.10%，脫除量為66.34mg/g。
[0047]實施例7:
[0048]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C,轉速為30rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min,隨後加入比表面積568.99m2/g,孔
容0.32cm3/g,孔徑29.82人的煤基活性炭7.5g/L，脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測剩
餘濃度，計算脫除率和脫除量。對菲的脫除率為94.23%，脫除量為66.53mg/g。
[0049]實施例8:
[0050]準確量取40mL初始濃度500mg/L，初始pH為7的菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於溫度25°C，轉速為90rpm的水浴恆溫振蕩器中預熱5min，隨後加入比表面積1770.49m2/g，孔容0.99cm3/g，孔徑28.2人的煤基活性炭7.5g/L，脫除20min後，迅速取出並抽濾，檢測剩餘濃度，計算脫除率和脫除量。對菲的脫除率為99.67%，脫除量為86.89mg/g。
【權利要求】
1.一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法，其特徵在於:將一定量菲溶液置於具塞錐形瓶中並放於水浴恆溫振蕩器中預熱，隨後加入採用微波輻射法、以新疆無煙煤為碳源進行炭化和活化一步法製備獲得的煤基活性炭進行脫除，脫除完成後，迅速取出並抽濾，檢測剩餘濃度，計算脫除率和脫除量。
2.根據權利要求1所述的一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法，其特徵在於:菲溶液體積40mL，預熱時間5min，脫除溫度25_35°C，脫除時間2_100min，煤基活性炭用量2.5-12g/L，菲溶液初始濃度100-900mg/L，菲溶液初始pH3_ll，水浴恆溫振蕩器轉速30-90rpmo
3.根據權利要求1所述的一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法，其特徵在於:所述煤基活性炭的製備方法為將無煙煤進行粉碎，研磨，過篩，蒸餾水清洗，置於烘箱中乾燥；將乾燥後樣品與活化劑混合，置於微波反應器中製備，反應結束後，對樣品進行酸處理，再用蒸餾水洗滌至濾液呈中性，乾燥後即得煤基活性炭產品。
4.根據權利要求3所述的一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法，其特徵在於:煤粉過100目篩，乾燥溫度110°C，乾燥時間4h，活化劑為KOH，乾燥煤樣與活化劑KOH配比為1: 1-1: 3微波時間4-12min微波功率700W。
5.根據權利要求3所述的一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法，其特徵在於:所述煤基活性炭的比表面積568.99-1770.49m2/g，孔容0.32-0.99cm3/g，孔徑28.2-29.82 A0
6.根據權利要求1所述的一種煤基活性炭脫除廢水中多環芳烴菲的方法，其特徵在於:隨脫除溫度的升高，脫除率和脫除量降低；隨煤基活性炭用量的增加，脫除率升高，脫除量降低；隨菲溶液初始濃度的增加，脫除率降低，脫除量增大；菲溶液初始PH和水浴恆溫振蕩器轉速對脫除效率影響較小。
【文檔編號】B01J20/30GK104014306SQ201410264806
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】武佔省, 肖學敏, 閆豫君, 童延斌, 孫萍 申請人:石河子大學