污泥粉煤灰制備活性炭的方法及其性能分析

＊孫霆歡

（神華新疆能源有限責任公司活性炭分公司 新疆 830027）

在城鎮化建設進程的不斷推動下，污水排放量日益遞增，這無疑增加了污泥的處理量，污泥處理問題逐漸成為了城鎮化建設過程中不得不面臨的一個重大的難題，因此，加強對污泥資源化利用顯得尤為重要。由于污泥中含有大量的碳元素，因此，符合活性炭制備相關需求，通過利用化學處理法，可以將有機物質快速轉化為吸附材料，這種吸附材料含有大量的碳，具有較高的多孔吸附能力，從而實現對污泥內部有機物質的充分利用。因此，如何科學地分析和研究污泥粉煤灰制備活性炭方法及其性能是相關人員必須思考和解決的問題。

1.材料及方法

(1)材料及設備

在本次實驗中，所使用的污泥和粉煤灰分別來自于污水處理廠、金陵電廠[1]，在本次實驗中，所用到設備主要有以下幾種：電阻爐、孔隙比表面分析儀、數顯溫控儀、空壓機、分光光度計等。

(2)實驗方法

為了保證實驗結果的準確性和全面性，需要按照一定的配合比例，將干化處理后的污泥與粉煤灰進行充分混合，以保證兩種材料混合的均勻性，同時，還要將氯化鋅作為活性炭制備的重要原材料，分析和探究對活性炭吸附性能的三大影響因素，這三大影響因素為活化溫度、浸漬比和活化時間[2]。整個實驗操作流程如下：①向烘箱中放入適量的污泥，然后，在120℃溫度的條件下，對污泥進行烘干處理，確保污泥始終處于烘干狀態。在此基礎上，還要將烘干后的污泥放置于球磨機中，并對污泥進行研磨處理，研磨時間應控制為2h。此外，還要使用研磨篩，對研碎后的干污泥進行篩選處理，從而篩選出粉末狀的干污泥。②稱取適量的活化劑，并將其放置于坩堝中，然后，向坩堝中添加50ml的去離子水，對其進行攪拌處理，直到活化劑完全溶解于去離子水即可[3]。③稱取適量的粉末狀污泥和粉煤灰于試管中，并向試管中添加一定量的活化劑，并進行不斷攪拌處理，使得污泥與活性劑溶液進行充分混合，同時，還要對混合后的溶液進行浸泡處理，浸泡時間應控制在24h以內，然后，將其放置于120℃的干燥箱中，使其處于完全干燥的狀態。④將浸染有活性劑的物料放置于玻璃管內，然后，擰緊橡皮塞。此外，還要向玻璃管內通入一定量的氮氣，確保玻璃管內的空氣被氮氣趕走，并打開管式爐，對污泥進行加熱處理，將加熱速率設置為10℃/min，當活化處理結束后，停止對污泥的加熱。同時，還要向玻璃管內持續不斷地通入一定量的氮氣，當爐內溫度低于100℃時，結束氮氣通入操作。當爐內溫度降低到常溫狀態后，方可移出活化產物。⑤使用蒸餾水對活化料進行反復沖洗，當洗滌液的pH值被控制在6-7之間后，使用120℃干燥箱對其進行干燥處理，并對產物最終質量進行稱取，從而計算出最終的獲得率，同時，還要將最終的產物放置于樣品袋中進行保存。⑥測定和對比制備活性炭和商用活性炭所對應的吸附性能。

(3)活性炭制備方法

在本次實驗中，所用到的活性炭制備方法主要以化學活化法為主，該方法在具體的運用中，通常會用到NaOH溶液、H2SO4溶液，這些溶液具有較強的腐蝕性，通過將這些藥劑作為實驗材料，可以實現對原料中有機物質的刻蝕，使得它們通過化學反應產生以下兩種物質，分別是水蒸氣和碳氫化合物，以達到分離原料的目的，從而獲得大量的碳微晶，這些碳微晶不含有水蒸氣和碳氫化合物，具有穩定的孔隙結構。

2.結果分析

(1)污泥粉煤灰配比對活性炭吸附性能的影響

按照一定的混合比例，將干污泥與粉煤灰進行充分混合，然后，再與質量分數為30%的氯化鋅溶液進行攪拌混合，從而實現對混合活性炭的科學制備，在粉煤灰含量不斷上升下，制備活性炭的吸附性能呈現出不斷上升的趨勢。當活化溫度、活化時間相同時，發現活性炭對碘吸附值持續上升，達到了278.51mg/g；當干污泥質量:粉煤灰質量:氯化鋅質量達到10:3:3時，活性炭的碘吸附值達到最大值，高達370.25mg/g，此時，活性炭的碘吸附以達到飽和狀態，繼續添加粉煤灰，不會對活性炭碘吸附值產生任何影響。

(2)浸值比對活性炭吸附性能的影響

嚴格按照10:3的比例，將干污泥與粉煤灰進行充分混合，并添加一定量的氯化鋅，同時，還要確保各個實驗組的活化溫度和活化時間保持相同，然后，對所制備好的活性炭碘吸附值進行測量，測量結果如表1所示。從表中的數據可以看出，在實驗條件相同的情況下，當活化劑含量不斷上升時，制備活性炭的吸附性能會呈現出不斷上升的趨勢；當干污泥質量:粉煤灰:氯化鋅為10:3:4時，所制備的活性炭碘的吸附值最高，高達377.98mg/g，此時，繼續增加活化劑投放量，活性炭的碘吸附值增長幅度略有減小。

表1 活化劑對活性炭吸附能力的影響

(3)活化溫度對活性炭吸附性能的影響

當干污泥、粉煤灰與氯化鋅三者之間的比例和活化時間相同時，當活化溫度不同時，活性炭的吸附性能會表現出很大的差異，經過對活性炭的吸附性能進行測量，獲得如表2所示的測量結果。從表中的數據可以看出，當干污泥質量:粉煤灰質量:氯化鋅為10:3:4，活化溫度調整為500℃時，制備活性炭的碘吸附值最高，高達385.02mg/g，此時，如果繼續增加活化溫度，會發現制備活性炭的碘吸附值沒有上升反而下降，出現這一現象的原因是當活化溫度過高時，氯化鋅活性炭結構出現解體現象，使得氯化鋅出現氣化反應或者氧化反應，破壞了活性炭內部結構，使得活性炭吸附性能變得越來越差。

表2 活化溫度對活性炭吸附能力的影響

(4)活化時間對活性炭吸附性能的影響

當干污泥質量：粉煤灰質量：氯化鋅結果相同，且活化溫度相同時，活化時間不同，活性炭的碘吸附值會出現較大的差異，經過測量后，得到如表3所示的測量結果。從表中的數據可以看出，當干污泥質量:粉煤灰質量:氯化鋅為10:3:4，活化溫度調整為500℃時，活性炭碘吸附值會隨著活化時間的延長而不斷增加，當活化時間延長至80min時，制備活性炭的碘吸附值最高，高達379.25mg/g，此時，活性炭的碘吸附值不會隨著活化時間的延長而增加，反而出現下降趨勢，出現這一現象的原因是隨著反應時間的不斷延長，制備活性炭的活化程度越來越明顯，但是，當活化時間超過80min后，制備活性炭的擴孔程度有所加深，部分微孔逐漸擴展為中孔、大孔，這會導致制備活性炭的微孔孔容不斷減小，使得其比表面積有所下降。

表3 活化時間對活性炭吸附能力的影響

3.結束語

綜上所述，本文將污泥、粉煤灰設置為活性炭制備原材料，然后采用化學處理法，對影響活性炭吸附性能的因素進行分析和研究，得出結論如下：（1）當污泥與粉煤灰充分攪拌混合后，所制備的活性炭可以獲得較高的吸附性能。當干污泥質量:粉煤灰質量為10:3時，活性炭吸附能力達到最高。（2）對于混合活性炭而言，其最理想制備工藝條件為:將干污泥質量:粉煤灰質量:氯化鋅質量調整為10:3:4，活化溫度需要調整為500℃，活化時間需要調整為80min。（3）對于混合活性炭而言，其最佳制備工藝條件為：活性炭的比表面積需要調整為459.56m2/g；活性炭的總孔容積需要調整為0.32mL/g；活性炭的碘吸附值需要調整為376.17mg/g，只有這樣，才能實現對模擬廢水的有效凈化。