基本信息
- 項目名稱：
- 活化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料對染料廢水的處理
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠所排放的粉煤灰逐年增多，對人類的生存環(huán)境造成了嚴重的威脅，粉煤灰的綜合利用已成為迫切需要解決的問題。粉煤灰的低活性極大地限制了其在廢水處理方面的應(yīng)用。 本課題采用H2SO4對粉煤灰進行活化處理，打開封閉的空穴，提高其比表面積，增強其吸附性能；再利用液相沉淀技術(shù)負載光催化材料ZnO或CeO2，進一步提高其催化降解活性。以性質(zhì)穩(wěn)定、難于生物降解的偶氮染料酸性紅B為研究對象，系統(tǒng)研究了多種因素（包括活化粉煤灰所用硫酸濃度、ZnO或CeO2負載量、焙燒溫度、灰的投加量、反應(yīng)時間、廢水pH值及初始濃度、光源等）對脫色率的影響，摸索出最佳的處理廢水的條件，同時對活化機理和脫色機理進行了有益的探討。結(jié)果表明：活化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料可顯著提高染料的脫色率，有效減少粉煤灰的投加量，同時反應(yīng)條件溫和、無二次污染, 可實現(xiàn)以廢治廢、綜合利用、保護環(huán)境的目的，是一種頗有發(fā)展前景的水處理材料。 活化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料與活性炭等高價格的吸附材料相比，屬廢物利用，成本低廉，來源廣泛，加之在使用后不需要進行費用昂貴的再生處理，可以直接用于建材產(chǎn)品的再生產(chǎn)，因而應(yīng)用前景將十分廣闊。脫色率影響因素的分析以及活化機理和脫色機理的探討為該復合材料的實際應(yīng)用提供了理論及實驗指導。
- 詳細介紹：
- 紡織行業(yè)是我國排放工業(yè)廢水量較大的部門之一，每年排放廢水9億多噸，位居工業(yè)廢水“排行榜”第六位，其中印染廢水排放量又占紡織工業(yè)廢水排放量的80%。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國印染廢水每天排放量為(3～4)×106m3，占全國工業(yè)廢水總排放量的35%，并以1%的速度逐年增長。印染廢水具有水量大、有機污染物含量高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大、可生化性能差等特點，屬難處理的工業(yè)廢水。近年來，隨著染料工業(yè)的飛速發(fā)展和人們對物質(zhì)生活要求的提高，新型助劑、染料、整理劑等在印染行業(yè)中被大量使用，其分子結(jié)構(gòu)日趨復雜，性能也越來越穩(wěn)定，給處理帶來了更大的困難。開發(fā)經(jīng)濟有效的印染廢水處理技術(shù)已成為當今環(huán)保行業(yè)關(guān)注的課題。 印染廢水中所包含的染料主要有親水性的直接染料、酸性染料、活性染料以及疏水性的還原染料、硫化染料、分散染料等。其殘存的染料組分即使?jié)舛群艿?，也會造成水體透光率降低，導致生態(tài)環(huán)境的破壞，因此，人們不斷探索、積極尋找既經(jīng)濟合理,又能有效地降低印染廢水色度的可行方法。近年來，國內(nèi)外對染料廢水的脫色方法進行了大量的研究 , 但由于染料廢水類別復雜, 造成治理技術(shù)上的困難, 很難實現(xiàn)工業(yè)化, 所以, 染料廢水的脫色仍是亟待解決的一大難題。 粉煤灰是煤炭燃燒后的廢棄物，主要成分是SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3，同時還含有少量的其他物質(zhì)，是一種具有不規(guī)則孔洞的多孔性松散固體集合物，比表面積較大，對染料大分子具有一定的吸附能力，其本身是一種工業(yè)廢料，價格低廉。2004年我國粉煤灰排放量已超過2億噸。隨著發(fā)電廠、城市供熱工程的不斷增加，粉煤灰的產(chǎn)量也必將隨之增多。估計到2020年，我國粉煤灰的年排放量將達到現(xiàn)在的3倍左右，再加上目前我國己有20億噸粉煤灰累計堆存量，總的堆存量將會達到30多億噸。其中只有少部分得到了利用，不僅占用大量土地，而且會造成地下水、空氣的污染，破壞生態(tài)平衡嚴重污染環(huán)境。目前，我國對粉煤灰的綜合利用率低，如能用于染料廢水的脫色，則可達到以廢治廢，綜合利用的目的，同時也為染料廢水脫色這一難題找到一個新的處理方法，因此具有較大的社會效益和經(jīng)濟效益。 由于粉煤灰的吸附容量不高，如果不進行預處理，直接凈化染料廢水的能力差，而且處理廢水的后道工序比較麻煩，甚至可能造成二次污染。近年來，國內(nèi)外專家學者加強了對粉煤灰的預處理、改性、活化以及和其它助凝劑的協(xié)同作用研究，以提高其吸附性能，增強其脫色效果，但仍存在投加量較大，脫色率偏低的問題。 本課題采用H2SO4對粉煤灰進行活化處理，打開封閉的空穴，提高其比表面積，增強其吸附性能；再利用液相沉淀技術(shù)負載光催化材料ZnO或CeO2制備活化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料。該復合材料將活化粉煤灰的吸附性能與ZnO或CeO2光催化降解作用有機結(jié)合，顯著提高了染料的脫色率，有效減少了粉煤灰的投加量，同時反應(yīng)條件溫和、無二次污染,是一種頗有發(fā)展前景的水處理技術(shù)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 印染廢水水量大、色度深、難處理的特點給水處理工作帶來重大難題。來自燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增多，且綜合利用率低，對環(huán)境造成嚴重威脅。 本課題采用H2SO4活化粉煤灰，增強其吸附性；然后負載光催化材料ZnO或CeO2，提高其催化降解活性。將改性后的粉煤灰應(yīng)用于常見的酸性紅B染料廢水的處理。通過系統(tǒng)分析多種因素對脫色率的影響，找出脫色反應(yīng)的最佳工藝條件，從而實現(xiàn)以廢治廢，保護環(huán)境的目的。
科學性、先進性及獨特之處
- 1、活化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料將活化粉煤灰的吸附性能與ZnO或CeO2光催化降解作用有機結(jié)合，不但原料用量少、脫色效果優(yōu)良，而且反應(yīng)條件溫和、無二次污染，應(yīng)用前景廣闊。 2、成功分析了多種因素對酸性紅B脫色率的影響，摸索出最佳的處理廢水的條件。 3、對比發(fā)現(xiàn)，活化粉煤灰/ZnO對染料的脫色速度更快，脫色率更高，而且ZnO來源廣泛，價格低廉，因而是一種理想的水處理材料。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 粉煤灰與活性炭等吸附材料相比，屬廢物利用，成本低，來源廣，加之使用后不需進行費用昂貴的再生處理，可直接用于建材產(chǎn)品的再生產(chǎn)，因而應(yīng)用前景將十分廣闊。 與原狀粉煤灰相比，活化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料具有吸附量大、脫色速度快、脫色率高、投加量小等一系列優(yōu)點，在染料廢水處理中顯示出良好的應(yīng)用前景。 脫色率影響因素的分析及活化機理和脫色機理的探討為該復合材料的實際應(yīng)用提供了理論及實驗指導。
學術(shù)論文摘要
- 采用H2SO4對粉煤灰進行活化處理，再經(jīng)液相沉淀制備活化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料。EDS、XRD分析結(jié)果表明粉煤灰經(jīng)活化后其組成、結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定變化；SEM分析表明粉煤灰經(jīng)活化后孔隙率顯著增加，同時增加了其比表面積；EDS分析證實了活化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料的形成。利用改性前、后的粉煤灰對酸性紅B模擬染料廢水進行脫色處理，研究了各種反應(yīng)條件對脫色效果的影響，并對活化機理和脫色機理進行了探討。實驗結(jié)果表明：粉煤灰經(jīng)50%的H2SO4活化后，ZnO負載量為0.2g/2g活化粉煤灰，焙燒溫度400℃，投加灰量為3.5g/L，攪拌反應(yīng)60min，對于初始濃度為20mg/L的酸性紅B模擬廢水脫色率可達99%。CeO2負載量為0.5g/2g活化粉煤灰，焙燒溫度500℃，投加灰量為10g/L，攪拌反應(yīng)120min，對于初始濃度為20mg/L、pH=1的酸性紅B模擬廢水脫色率可達93.2%。說明活化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料對染料廢水有良好的脫色效果，在造紙廢水、紡織印染廢水的處理上有廣闊的應(yīng)用前景。
獲獎情況
- 該作品獲得河北省挑戰(zhàn)杯2009“動感地帶”大學生課外學術(shù)科技作品競賽一等獎。
鑒定結(jié)果
參考文獻
- [1]戴日成等.給水排水, 2000, 26, 10:33-37. [2]K V Kumar, et al. J.Colloid Interf.Sci.，2005, 284, 1: 14-21. [3]王西新等. 粉煤灰綜合利用,2002, 5: 26-27. [4]P Janos, et al.Water Res.，2003, 37, 20：4938-4944. [5]Papandreou A, et al. J.Hazard Mater., 2007, 148, 3: 538-547. [6]蘭善紅等.工業(yè)水處理,2007,27,2：20-23.
同類課題研究水平概述
- 隨著紡織品質(zhì)量的提高，染料呈現(xiàn)出抗光解、抗氧化和抗生物降解等特點。因此，染料廢水的治理變得尤為困難，導致其對環(huán)境的污染日益嚴重。 隨著我國電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，導致了粉煤灰排放量的急劇增長和積累，而且由于粉煤灰綜合利用率低，導致其對環(huán)境構(gòu)成極大的威脅。 粉煤灰應(yīng)用于污水處理可以實現(xiàn)以廢制廢，所以成為近年來水處理領(lǐng)域的一個熱門課題。由于粉煤灰的吸附容量不高，如果不進行預處理，直接凈化染料廢水的能力差，而且處理廢水的后道工序比較麻煩，甚至可能造成二次污染。近年來，國內(nèi)外專家學者加強了對粉煤灰的預處理、改性、活化以及和其它助凝劑的協(xié)同作用研究。如：Talman等用粉煤灰來處理水中的甲苯胺藍染料，并研究了陽離子和陰離子型表面活性劑對吸附性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)陽離子型表面活性劑使粉煤灰對甲苯胺藍的吸附性能降低，而陰離子型表面活性劑則會提高粉煤灰對甲苯胺藍的吸附。蘭善紅等采用粉煤灰固定化絮凝劑和微生物來協(xié)同處理印染廢水，廢水在吸附、絮凝、沉降、過濾和微生物降解等協(xié)同作用下，取得了良好的處理效果。朱洪濤等將一定比例的熟石灰和粉煤灰在高溫下活化制得改性粉煤灰，在pH為5-10，投加量為40g/L時，改性后的粉煤灰對60mg/L的活性艷蘭染料的脫色率達98%以上。楊靜等使用硫酸處理粉煤灰，利用改性粉煤灰的混凝作用、吸附作用處理,COD 去除率基本穩(wěn)定在85%以上, 色度去除率高達 95%, 對懸浮物的去除效果好。雖然，這些方法一定程度上提高了粉煤灰的吸附性能，增強了其脫色效果，但仍存在灰投加量較大，脫色率偏低，降解不徹底，造成二次污染等問題。 本課題采用H2SO4對粉煤灰進行活化處理，打開封閉的空穴，提高其比表面積，增強其吸附性能；再利用液相沉淀技術(shù)負載光催化材料ZnO或CeO2制備活化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料。該復合材料將活化粉煤灰的吸附性能與ZnO或CeO2光催化降解作用有機結(jié)合，顯著提高了染料的脫色率，有效減少了粉煤灰的投加量，同時反應(yīng)條件溫和、無二次污染,顯示出良好的應(yīng)用前景。此外，系統(tǒng)研究了多種因素對脫色率的影響，并通過X射線衍射、掃描電鏡、能量色散譜等分析了改性前后粉煤灰的物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、組成元素的變化，以探討化粉煤灰/ZnO或CeO2復合材料的脫色機理，為粉煤灰處理印染廢水的實際應(yīng)用提供理論及實驗指導。
