活性炭去除煉油廠硫化合物的應(yīng)用

　　煉油是石油加工過(guò)程中必不可少的工序，它使用大量的化學(xué)產(chǎn)品并產(chǎn)生固體廢物和廢水，這些被認(rèn)為是危險(xiǎn)廢物。事實(shí)上，煉油廠廢水含有大量的重金屬、酚類、苯和COD。近年來(lái)，由于工業(yè)和城市使用石油產(chǎn)品的增加，煉油廠廢水污染有所增加。使用吸附方法處理煉油廠廢水，選擇這種方法是基于其去除有毒化合物的高潛力及其成本效益。這期展示了如何使用活性炭有效去除煉油廠廢水中硫污染物的材料。

　　活性炭表征

　　通過(guò)煅燒和HNO3、H2O2和KOH活化，廢棉纖維成功轉(zhuǎn)化為不同結(jié)構(gòu)的活性炭。圖1顯示了三種活性炭的SEM圖像�？梢钥闯�，化學(xué)活化有助于大孔隙的形成。在整個(gè)纖維長(zhǎng)度上可以觀察到一個(gè)空心芯，直徑約為0.5–5.0µM，形狀幾乎為圓形�；钚蕴烤哂懈叨榷嗫椎慕Y(jié)構(gòu)，核心直徑在大約0.5和5μM之間(圖1b,d)。這種大孔隙率可能與纖維內(nèi)壁木質(zhì)素的化學(xué)破壞有關(guān)。參考活性炭(圖1a)呈現(xiàn)大孔隙，而形態(tài)特征是纖維中芯的出現(xiàn)，其直徑取決于活化劑。使用過(guò)氧化氫作為活化試劑獲得最大直徑(圖1b)。如圖1b-d所示，前體的結(jié)構(gòu)(最初具有干凈的表面)在每次化學(xué)處理后都會(huì)被破壞。有趣的是，其中一種活性炭的表面在化學(xué)活化的影響下發(fā)生明顯變化(與其他活性炭相比)。

　　1：活性炭的SEM圖像：(a)參考活性炭，(b)HNO3活化，(c)H2O2活化，和(d)KOH活化。

　　床吸附實(shí)驗(yàn)

　　通過(guò)在密封玻璃瓶中將已知量(4.0g)的活性炭與50mL實(shí)際廢水樣品進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)行批量吸附平衡實(shí)驗(yàn)。測(cè)試了具有不同初始硫濃度(100、300、500、800和1000mg·L-1)的五個(gè)樣品。將瓶子在恒溫?fù)u床上放置24小時(shí)，直至達(dá)到平衡(最終pH值：10.5)。用于床吸附實(shí)驗(yàn)的裝置的示意圖如圖2所示。將碳化纖維填充到玻璃柱中以研究它們的吸附能力。廢水被引入漏斗并通過(guò)輸入閥以將流量調(diào)節(jié)為4–5.10m3·h-1。首先，使用流經(jīng)柱的蒸餾水潤(rùn)濕床吸附裝置以改善活性炭纖維的潤(rùn)濕特性。其次，允許漏斗中的煉油廠廢水樣品內(nèi)容物通過(guò)活性炭床通過(guò)重力排放到接收容器。每小時(shí)回收處理過(guò)的水。

　　圖2：床層吸附實(shí)驗(yàn)。

　　固定床吸附結(jié)果

　　如圖3所示安裝吸附床柱，使煉油廠廢水在重力作用下流動(dòng)。床柱的直徑和高度分別為5.4cm和90cm。針對(duì)影響床實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)參數(shù)確定了最佳吸附條件，包括活性炭用量比和流出物流量。使用響應(yīng)曲面法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。使用方差分析法對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，以檢查參數(shù)對(duì)處理后廢水的COD的影響。對(duì)于16個(gè)實(shí)驗(yàn)中的每一個(gè)，計(jì)算COD。圖3顯示了活性炭用量和廢水流量對(duì)再生廢水COD的影響。對(duì)于廢水流速高的所有活性炭樣品，COD通過(guò)增加劑量質(zhì)量而提高。然而，在低流速下，COD降低了�？傊�，OH活性炭是降低煉油廠廢水COD值的最有效吸附劑(與HN活性炭和K活性炭相比)。

　　圖3：COD、(a)OH活性炭、(b)HN活性炭和(c)K活性炭的等值線圖。

　　吸附等溫線建模

　　從水溶液中，在HO活性炭活性炭上對(duì)硫化合物的平衡吸附等溫線進(jìn)行建模和研究。為了描述吸附等溫線的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用了五個(gè)數(shù)學(xué)模型。這項(xiàng)工作的主要目的是選擇最合適的模型來(lái)描述吸附等溫線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定理論吸附等溫線，并給出參數(shù)。最初的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)雙參數(shù)方程，以模擬 HOAC 對(duì)硫化合物的吸附。實(shí)驗(yàn)條件如下：初始硫濃度范圍為5至300mg·L−1，150rpm的攪拌，以及25℃的控制溫度。對(duì)于所有等溫線模型，使用Qe和Ce的實(shí)驗(yàn)值研究線性方程以確定其線性參數(shù)。線性相關(guān)系數(shù)(R²)用于評(píng)估理論值和實(shí)驗(yàn)值之間的相關(guān)性。我們可以得出等溫線參數(shù)不同的結(jié)論。Langmuir模型具有最高的相關(guān)系數(shù)值(R²=0.98)。這表明硫化合物在合成活性炭上的吸附遵循朗繆爾等溫線。然而，使用Langmuir等溫線獲得的單層吸附容量高于使用其他等溫線模型獲得的單層吸附容量。這表明合成活性炭的所有活性位點(diǎn)都是相似的，并且硫化合物之間沒(méi)有相互作用。

　　活性炭去除煉油廠硫化合物的應(yīng)用，將固體廢物作為碳材料的前體進(jìn)行了研究。成功合成了一種環(huán)保型活性炭作為煉油廠廢水中硫化合物的吸附劑。獲得了吸附硫化合物的動(dòng)力學(xué)和平衡數(shù)據(jù)，并分別擬合了Langmuir和偽二階模型。結(jié)果表明，引入過(guò)氧化氫、硝酸和氫氧化鉀可以成功地增加了活性炭的孔徑分布、孔體積和表面積。此外，HO活性炭與HN活性炭和K活性炭相比，去除硫化合物的能力最好。根據(jù)響應(yīng)和方差分析過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在固定床吸附過(guò)程中，流出物的流速是降低煉油廠廢水COD最有效的因素。Langmuir模型展示了硫化合物吸附的最佳擬合(R²=0.98)，這意味著它們?cè)诤铣苫钚蕴可系奈�附是均勻的。使用偽一�?jí)、偽二級(jí)和粒子內(nèi)擴(kuò)散方程測(cè)試動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。偽二級(jí)方程顯示了對(duì)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的最佳描述(R²=0.99)，這意味著這種吸附可以受到化學(xué)吸附過(guò)程的限制。

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