【摘 要】
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电解锰渣是湿法冶金技术制备电解金属锰过程中产生的固体废弃物,其产量大,可溶性二价锰离子(Mn2+)占比较高,资源化利用率低,目前以填埋处置为主。近年来,电解锰渣场渗漏事故频发,Mn2+进入地下水造成不良影响,水体锰污染治理迫在眉睫。柚子是我国特有水果,产量丰富,其果皮常常被随意丢弃或焚烧处理,既污染环境又浪费资源。基于此,本研究以柚子皮为原材料慢速热解制备碱改性生物炭,通过静态吸附实验、理化性质表
【基金项目】
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重庆市技术创新与应用示范(社会民生类)项目(新型碳材料在电解锰渣填埋场地无害化设计中的应用与示范项目编号:cstc2018jscx-msybX0308;
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电解锰渣是湿法冶金技术制备电解金属锰过程中产生的固体废弃物,其产量大,可溶性二价锰离子(Mn2+)占比较高,资源化利用率低,目前以填埋处置为主。近年来,电解锰渣场渗漏事故频发,Mn2+进入地下水造成不良影响,水体锰污染治理迫在眉睫。柚子是我国特有水果,产量丰富,其果皮常常被随意丢弃或焚烧处理,既污染环境又浪费资源。基于此,本研究以柚子皮为原材料慢速热解制备碱改性生物炭,通过静态吸附实验、理化性质表征手段以及动态吸附实验探究其对水体中Mn2+的吸附特性。取得的主要成果有:1)柚子皮炭产率为25.5%,表面较为平整,无明显清晰的孔隙结构,pH=10.2,表面官能团以芳香烃C=C、-CH/-CH3、C-O-C、C-O以及-CH为主。碱改性炭产率为32.8%,表面出现坑道孔洞,比表面积和总孔容分别增大9.3、71.6倍,孔隙分布以介孔为主,pH=11.4,表面官能团以-COO-和 CO32-为主。碱改性前后柚子皮炭产率、微观形貌以及理化性质发生明显改变。2)碱改性炭对水体中Mn2+的吸附效果显著优于柚子皮炭。当Mn2+浓度为50mg·L-1时,柚子皮炭和碱改性炭去除率分别为78.6、99.6%。随着溶液初始浓度的增加,生物炭去除率呈下降趋势。随着反应时间的延长,去除率在短时间内快速增大,而后趋于平衡。当pH>2.0时,碱改性炭去除率达到99.6%。碱改性炭对共存离子氨氮具有一定的去除能力,去除率为21%。柚子皮炭和碱改性炭吸附动力学分别服从Elovich和拟二级动力学模型,表明二者的吸附速率均取决于化学反应;等温吸附特性均服从Freundlich模型,表明二者吸附不均匀且不存在饱和吸附量。当Mn2+浓度为3000mg.L-1时,碱改性炭吸附量为163.194mg·g-1。3)碱改性炭通过表面官能团-COO-、C032-以离子交换和表面沉淀机制吸附Mn2+,Mn2+最终以-COOMn+和MnCO3形式存在。吸附后碱改性炭比表面积、总孔容和平均孔径均有所增大。4)降低流速和进水初始浓度,增加炭层高度均能使固定床穿透时间延长。在一定条件范围内,Thomas、Yoon-Nelson、BDST模型对碱改性炭穿透曲线拟合结果良好(R2=0.811~0.927)。Thomas模型说明动态吸附过程可忽略轴向扩散、径向分散、颗粒内扩散和传质阻力。Yoon-Nelson模型能够较好拟合穿透时间。在一定条件下,BDST模型能预测不同流速和进水初始浓度下的吸附饱和时间。5)土壤对Mn2+的淋出具有拦截效果,且重庆土壤优于海南土壤;负载有碱改性炭的土柱相较于纯土柱对Mn2+淋出有较优的阻滞作用;海南土壤阻滞作用受碱改性炭影响更大。
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