【摘 要】
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活性炭作为一种性能良好的碳质吸附剂,孔隙结构发达,比表面积大,机械强度高,在废水废气净化领域中应用广泛。然而,近年来碳质吸附剂的需求逐渐增加,以木材、煤炭等传统原料制备的碳质吸附剂价格也随之上升。因此,使用廉价原料制备高性能炭质吸附剂成为当今研究的热点。污泥是污水处理过程中的固体废弃物,产量大且有机物含量丰富,固定碳多,是制备高性能炭质吸附剂的廉价原料之一。但是以污泥为原料制备的碳材料具有碳层堆积
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活性炭作为一种性能良好的碳质吸附剂,孔隙结构发达,比表面积大,机械强度高,在废水废气净化领域中应用广泛。然而,近年来碳质吸附剂的需求逐渐增加,以木材、煤炭等传统原料制备的碳质吸附剂价格也随之上升。因此,使用廉价原料制备高性能炭质吸附剂成为当今研究的热点。污泥是污水处理过程中的固体废弃物,产量大且有机物含量丰富,固定碳多,是制备高性能炭质吸附剂的廉价原料之一。但是以污泥为原料制备的碳材料具有碳层堆积严重,孔道结构较少,吸附剂表现较差等缺点。针对以上缺点,本论文以廉价易得的生活污泥为碳源,采用氯化锌低温活化法制备污泥基活性碳和氢氧化钾活化法制备氮掺杂碳纳米片,并通过结构设计优化提升了材料在不同类型废水中的吸附性能。主要研究内容和结论如下:（1）根据污泥原料的理化性质,考察了不同类型的活化剂对材料的影响,选择氯化锌和氢氧化钾作为活化剂,制备了两种污泥基碳质吸附剂,通过改变制备条件来调控材料的形貌结构和吸附性能。其中氯化锌活化体系所需的碳化温度较低,制备条件温和且能耗低,得到的污泥基活性碳呈无规则块状结构,比表面积较大;而氢氧化钾活化体系制备步骤简单,得到的碳纳米片呈二维片层结构,具有高比表面积和高孔隙率的特点。（2）采用ZnCl2活化低温碳化方法,制得的污泥基活性碳（SAC）在去除废水中重金属离子（Cr（VI））和大分子染料（MB）的过程中表现出良好的吸附性能。SAC对Cr（VI）的吸附过程包括化学吸附和物理吸附,主要是金属铬离子在活性碳表面通过离子交换机制进行,p H值在过程中起着至关重要的作用,最大去除率可达82%。SAC对MB染料的脱色为物理吸附,比表面积和孔径结构决定吸附量的大小,对亚甲基蓝的最大吸附量可达236 mg·g-1。同时,染料初始浓度和温度影响吸附速率。（3）采用KOH活化制备氮掺杂碳纳米片（N-SNS）,并对材料片层状结构的演变过程进行详细阐述。结果表明:相较于直接活化的碳材料,氮掺杂能够使得碳层形成开放性结构,优化电子云结构,为吸附提供吸附位点。同时含氮基团的引入,为Cr（VI）的吸附过程提供了稳定的化学键,主要通过还原反应将其转化为无毒的Cr（III）;为亚甲基蓝的吸附提供了静电引力,有效的提高吸附速率并加强了吸附的稳定性。这些结构特征使得N-SNS表现出优异的吸附性能。对Cr（VI）的最大去除率可达93%,对亚甲基蓝的最大吸附量可达206 mg·g-1。同时,N-SNS具有良好的可循环利用性,是一种绿色,低成本,可再生的吸附剂。
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