超细粉煤灰基成型吸附剂的动态吸附实验

摘 要 以粉煤灰为原料制备成型吸附剂 ,对水溶液中亚甲基蓝和 Cr6 + 进行动态吸附研究 ,绘制穿透曲线 ,利用 O rigin A1 - A2 软件对实验数据分析处理 ,得出穿透曲线的通式 C t = p + A 2 。结果表明 ,初始浓度 C0 = 25 mg /L ,填料高度不同时 , 1 + ( t / t0 ) 达到穿透点的时间随填料高度的增加而增加 ; 填料高度 h = 200 mm ,初始浓度不同时 , 达到穿透点的时间随初始浓度的增 加而减小 ; 该吸附剂对有机染料和重金属离子均有较好的吸附性能 ; 穿透曲线通式的回归线性相关系数表明 ,该通式可很 好地反映超细粉煤灰成型吸附剂的动态吸附过程 。 关键词 超细粉煤灰基吸附剂 动态吸附 亚甲基蓝 Cr6 + 中图分类号 X705 文献标识码 A 文章编号 1673 2 9108 ( 2009 ) 11 2 2109 2 04
( 1 ) 吸附区 ,即 abkh 区 。在此区吸附剂是新鲜
50% 、 75%和 90%点的直径
的吸附剂 。 实验用 超 细 粉 煤 灰 基 成 型 吸 附 剂 为 直 径 为 ( 2 ) 吸附传质区 , 即 abde 区 。传质区形成后 , 5 mm的柱状吸附剂 ,破碎到一定长度装柱使用。图 3 只要流速不变 ,其长度也不变 。传质区越短表明传 为实验用超细粉煤灰基成型吸附剂的 SEM 分析 。由 质阻力越小 ,吸附剂的利用率越高 。 图 3可以看出 ,粉煤灰成型吸附剂表面具有丰富的孔 ( 3 ) 吸附饱和区 , 即 deij区 。在此区吸附剂不 隙和通道 ,孔隙分布均匀 ,因此具有良好的吸附性能 。 再吸附 ,达到动平衡状态 。 2. 2 填料高度对吸附性能的影响 随着吸附过程的进行 , 当传质区到达吸附出口 在初始浓度为 25 m g /L , 吸附容量随床层高度 、 初始浓 度和柱直径的增加而增加 , 随流速的增加而减小 。 [ 3, 4 ] 6+ Em ine等 通过实验得出固定床吸附柱对 Cr 的 吸附性能取决于流速 、 溶液 pH 值和吸附剂粒径等 因素 ,流速增加 ,穿透曲线变陡 , 穿透时间和吸附离 [5] 子浓度都减小 。Oualid 研究了不同流速和床层高 度吸附柱对亚甲基的穿透曲线 , 为固定床吸附柱的 工艺设计提供了特定参数 。 以粉煤灰为原料 ,球磨得到超细粉煤灰 ,制备成
本实验所用粉煤灰原料取自西安市某热电厂 , 经过球磨后得到超细粉煤灰 , 制备成为超细粉煤灰 基成型吸附剂 。 主要实验和分析仪器 : 自制动态吸附柱 ( d = 14 mm , h = 400 mm ) ; UZS2 7220 型可 见分 光光 度 计。 6+ C r 溶液由 K2 Cr2 O7 配置 , 亚甲基蓝 、 K2 Cr2 O7 及所用其他化学试剂均为分析纯 。 1. 2 实验方法和内容 ( 1 ) 填 料 高 度 对 吸 附 的 影 响 。初 始 浓 度 为 25 m g /L , 研 究 填 料 高 度 对 水 溶 液 中 亚 甲 基 蓝 和 6+ C r 的吸附性能的影响 。 ( 2 )吸附质浓度对吸附的影响 。填料高度为 6+ 200 mm ,研究亚甲基蓝和 C r 浓度对吸附的影响 。 1. 3 分析方法 水溶液中亚甲基蓝浓度采用分光光度法测定 ; 6+ C r 浓度采用二苯碳酰二肼分光光度法测定 。 1. 4 吸附的穿透曲线 [6] 在动态吸附过程中 , 吸附分为 3 段 , 如图 1 所示 。
D ynam ic adsorption exper im en ts of form in g ultraf in e coa l flya sh 2ba sed adsorben t
L iu Zhuannian L iu Yuan W ang Guirong
( College of Geology and Environment, Xi’ an University of Science and Technology, Xi’ an 710054, China)
粉煤灰 原粉煤灰 超细粉煤灰
D 10 D 25 D 50 D 75 D 90
比表面积 (m 2 / g)
0. 81 3. 93
4. 07 1. 04
8. 36 15. 75 26. 03 37. 39 1. 37 1. 73 2. 08 2. 46
注 : D 10 、 D 25 、 D 50 、 D 75 和 D 90 分 别 表 示 个 数 累 积 10% 、 25% 、
实验用粉煤灰球磨超细前后的激光粒度分布和特征 粒径及比表面积 ,可以看出与原粉煤灰相比超细粉煤 灰的粒度显著减小 ,粒径分布变窄 ,颗粒大小均匀 。
图 2 粉煤灰粒径微分分布 Fig . 2 D ifferential distributing of coal flyash 表 1 粉煤灰的特征粒径和比表面积 Table 1 Character istics size and spec if ic surface area of coa l flya sh 图 1 穿透曲线 Fig . 1 B reakthrough curve
型吸附剂 。采用动态吸附实验 , 研究粉煤灰吸附剂 6+ 对水溶液中亚甲基蓝和 C r 的吸附性能 。探讨填 料高度和吸附质浓度对吸附的影响 ,利用 Logistic 模 型回归式得出穿透曲线通式 , 探索廉价高效粉煤灰 成型吸附剂的工业化利用途径 。
1 实验部分
1. 1 实验原料和仪器
时 ,流出的吸附质浓度开始突然增大的位置就是所 谓的穿透点 ,即 a 点 。与其对应的吸附质浓度和吸 附时间分别称为穿透浓度 C 和穿透时间 t。 在实际操作中 ,影响穿透曲线形状的因素很多 , 如吸附剂的性质 、 吸附质的浓度 、 组成和性质、 速度、 吸附平衡和机理以及温度和压力等。因此 ,研究穿透 [7] 曲线或表征其微分方程 ,可以评价吸附剂的性能 。
基金项目 : 陕西省工业攻关项目 ( 2006k07 2G19) ; 陕西省教育厅产业 化培育项目 ( 06JC11) 收稿日期 : 2008 - 09 - 23; 修订日期 : 2008 - 11 - 24 作者简介 : 刘转年 ( 1968 ～) ,男 ,博士后 , 副教授 , 主要从事固体废弃 物资源化利用 、 环境材料和废水处理技术研究工作 。
粉煤灰是火力发电厂的煤粉经过燃烧之后产生 的一种工业固体废弃物 ,其主要成分为 SiO2 、 A12 O3 和 Fe2 O3 ,同时还含有少量其他物质 。粉煤灰的孔 隙率一般为 60% ～75% , 比表面积一般在 2 500 ～ 2 5 000 cm / g,具有多孔结构 , 因此 , 具有较强的吸附 能力 。近年来 ,利用粉煤灰良好的吸附性能 ,作为廉 价吸附剂将其资源化利用 , 用于吸附去除废水中的 污染物质一直是研究的热点 。 以粉煤灰为原料制备成型吸附剂 , 对粉煤灰吸 [1] 附剂的工业化利用具有重要意义 。 Papandreou 等 将粉煤灰制成具有高孔隙率和机械强度 , 直径 3 ～ 2+ 2+ 8mm 的小球 ,用于吸附水溶液中的 Cu 和 Ca ,吸 附容量分别达到 20192 m g / g 和 18198 mg / g。 Sau2 [2] rab 等 研究了影响活性炭固定床吸附糠醛的 4 个 因素 , 床 层 高 度 ( 15 ～ 60 cm ) 、 初 始 浓 度 ( 50 ～ ) ( 200 mg /L 、 流速 0102 ～0104 L /m in ) 和柱直径 ( 2
第 3卷 第 11 期 2 0 0 9年 1 1月
环境工程学报
Chinese Journal of Environmental Engineering
Vol . 3 , No. 1 1 Nov . 2 0 0 9
超细粉煤灰基成型吸附剂的动态吸附实验
刘转年 刘 源 王贵荣
(西安科技大学地质与环境学院 ,西安 710054 )
2 结果与讨论
2. 1 超细粉煤灰及成型吸附剂的性质 粉煤灰的化学组成采用 Panalytical M inipal2 4X 射线 荧 光 光 谱 仪 分 析 , 其 主 要 组 成 成 分 为 SiO2 ( 5115% ) 和 A l2 O3 ( 3019% ) , 其 两 者 含 量 超 过 80% ,其次为 CaO ( 7118% )和 Fe2 O3 ( 4188% ) ,还有 少 量 K2 O、TiO2 和 M gO , N2 O。用 OM EC 2 LSPOP 2 ( Ⅲ)型激光粒度分析仪测定粉煤灰的粒度分布 。激 光粒度测试条件 : 取 Rosin 2 Ramm ler分布模式 , 折射 率 118,遮光比 : 15% ～20% ,粉煤灰测定前 ,以无水乙 醇为分散剂 ,超声波分散 3 m in。图 2 和表 1 分别为
Abstract For m ing ultrafine coal flyash 2based adsorbent ( FUFA ) was p repared from coal flyash. Dynam ic 6+ adsorp tion of methylene blue (MB ) and Cr on the adsorbent was studied. B reakthrough curve was drawed, and the experi m ental data were dealt by O rigin soft w are to get the model of breakthrough curve equation ( C t = A1 - A2 p + A 2 ) . The results showed that when initial concentration was 25 mg /L w ith varying filling height, 1 + ( t / t0 ) the tim e to penetration point increased w ith filling height increased. W hen the filling height was 200 mm w ith dif2 ferent initial concentration, the tim e to penetration point reduced w ith initial concentration increased. The adsor2 bent had better capacity for both organic dye and heavy m etals ion. It indicated that this model was fit for the dy2 6+ nam ic adsorp tion of MB and C r on the FUFA by linear correlative coefficient of breakthrough curve. 6+ Key words ultralfine coal flyash 2based adsorbent; dynam ic adsorp tion; methylene blue; Cr