江蘇科技大學畢業設計(論文)I摘要目前，粉煤灰吸附處理染料廢水的研究已經引起了廣泛的關注。用粉煤灰處理染料廢水既能降低色度又能去除COD。本實驗采用高溫活化改性粉煤灰吸附處理堿性品紅染料廢水。實驗研究了改性粉煤灰的投加量、攪拌速度、反應時間、溫度對吸附效果的影響，測定了35溫度下的吸附等溫線，并對吸附動力學和熱力學模式進行了探討。實驗結果表明，最佳活化溫度為350,粉煤灰的最佳投加量為800mg；最佳攪拌速度值為250r/min；吸附反映的平衡時間約為30min,堿性品紅的去除率達到98%；升溫有利于吸附。粉煤灰對水中堿性品紅的吸附規律可用Langmuir吸附等溫式較好地描述。吸附動力學能用Bangham和Langmuir模式擬合，且吸附速度由內擴散過程控制。關鍵字：粉煤灰；吸附；堿性品紅；動力學；熱力學江蘇科技大學畢業設計(論文)IIAbstractAtpresent,theflyashdyeadsorptiontreatmentofwastewaterhascausedwidespreadconcern.UsingflyashwastewatertreatmentcanreducethecolordyescanremoveCOD.Theexperimentalhightemperatureactivationflyashmagentadyeabsorptionalkalinewastewatertreatment.ExperimentalStudyofthedosageofflyash,mixingspeed,reactiontime,temperatureontheeffectsofabsorption,measuredthetemperatureof35adsorptionisothermsandadsorptiondynamicsandthermodynamicsmodelswerediscussed.Experimentalresultsshowthatactivationofthebesttemperaturefor350,thebestflyashdosageto800mg；bestvalueforthestirringspeed250r/min；adsorptionreflectthebalanceoftimeisabout30min,thebasicmagentaRemovalrateof98percent；warmingisconducivetoabsorption.ThewateralkalineflyashontheabsorptionofmagentaavailableLangmuiradsorptionisothermbetterdescription.AdsorptiondynamicscanBanghamandLangmuirmodelfitting,andtherateofabsorptionbythespreadofprocesscontrol.Keyword:flyash,adsorption,alkalinemagenta；dynamics；thermodynamic江蘇科技大學畢業設計(論文)III目錄第一章緒論-11.1粉煤灰吸附處理廢水技術-11.1.2粉煤灰的概況-11.1.2粉煤灰吸附處理染料廢水的機理-21.1.3粉煤灰吸附處理染料廢水的優點及其影響因素-31.1.4粉煤灰吸附處理染料廢水技術的現狀-31.1.5粉煤灰吸附處理染料廢水技術的展望-41.2粉煤灰的改性與應用-51.2.1粉煤灰的改性-51.2.2改性粉煤灰在處理染料廢水上的應用-61.3染料和染料廢水概述-61.4本課題主要研究目的、研究內容和研究意義-71.4.1研究目的及意義-71.4.2研究內容-7第二章實驗部分-92.1實驗試劑與儀器-92.2實驗方法-92.2.1最佳波長的確定及標準曲線的繪制-92.2.2改性灰最佳活化溫度的確定-92.2.3粉煤灰吸附堿性品紅最佳條件的確定-102.2.4改性粉煤灰吸附堿性品紅最佳條件的確定-102.2.5正交實驗-112.2.5吸附動力學-11第三章實驗結果與討論-123.1最佳波長的確定及標準曲線的繪制-123.1.1最佳波長的確定-123.1.2標準曲線的繪制-12江蘇科技大學畢業設計(論文)IV3.2改性粉煤灰最佳活化溫度的確定-133.3粉煤灰吸附處理堿性品紅最佳條件的確定-143.3.1最佳粉煤灰投加量的確定-143.3.2反應時間對處理效果的影響-153.3.3攪拌速度對處理效果的影響-163.3.4反應溫度對處理效果的影響-173.4改性粉煤灰吸附處理堿性品紅最佳條件的確定-183.4.1最佳粉煤灰投加量的確定-183.4.2反應時間對處理效果的影響-193.4.3攪拌速度對處理效果的影響-203.4.4反應溫度對處理效果的影響-203.5正交試驗-213.6吸附熱力學-233.6.1吸附等溫線的測定-233.6.2等溫線吸附規律的數學模擬-243.7吸附動力學-253.7.1吸附速率常數的求取-253.7.2吸附速度控制步驟研究-27結論-28參考文獻-29致謝-29江蘇科技大學畢業設計(論文)1第一章緒論1.1粉煤灰吸附處理廢水技術粉煤灰是煤炭燃燒后的廢棄物，其主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鐵等，各種無機氧化物的含量因煤種和燃燒條件不同而異，但變化不大。粉煤灰具有發達的大孔，對染料分子具有一定的吸附能力。粉煤灰富含以活性氧化物SiO2和AI203為主的玻璃珠，少量金屬氧化物及未燃盡炭，比表面積較大，表面能高，對廢水中許多污染物質，尤其是有機物具有較強的吸附和絮凝共沉作用1。目前，在廢水處理中，現有的吸附材料價格昂貴、操作繁雜，限制了吸附材料在廢水處理中的廣泛應用。粉煤灰對印染廢水中有色物質的吸附是固體在溶液中的吸附,其吸附劑、溶質、溶劑三者極性不同對吸附量是有影響的。一般非極性的吸附劑易于吸附非極性強的物質。粉煤灰屬非極性吸附劑，而印染廢水中引起色度的物質，大多數為極性較差的有機物，易被吸附劑吸附。因此，粉煤灰能較好地吸附廢水中的有色物質，具有較好的脫色效果,利用粉煤灰處理廢水不僅成本低，節約資源，而且還能達到以廢治廢的目的。1.1.2粉煤灰的概況粉煤灰是煤粉經高溫燃燒后形成的一種似火山灰質的混合材料。早在1914年，美國Anon就發表了煤灰火山灰特性的研究，他首先發現粉煤灰中的氧化物具有火山灰的特性2。粉煤灰主要是燃煤電廠、冶煉、化工等行業排放的固體廢物。燃煤電廠將煤磨成300um以下的煤粉，用預熱空氣噴入爐膛懸浮燃燒，產生的高溫煙氣經收塵裝置捕集而得到粉煤灰(或稱飛灰)。少數煤粉燃燒時因碰撞而戮結成塊沉積于爐底成為底灰。粉煤灰的理化性質主要是：(1)在光學顯微鏡下觀察，粉煤灰含玻璃球體物50%-80%(在爐溫1200-1450時，煙煤燃燒后的粉煤灰中含有玻璃球體，而無煙煤粉煤灰中未發現)，磁性氧化鐵(Fe3O4)6%-16%，碳粒子3%-4%，石英3%-20%，莫來石5%-30%.(2)大部分粉煤灰所含的化學成分主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、CaO、FeS，個別煤種的粉煤灰中還含有少量鍺、鍋、汞、鉻、釩、砷、鉛、磷、錳、硼、鈾等。其物理化學特性取決于煤種、制粉系統、鍋爐爐型、除塵器類型、除塵方式、運行工況等多種因素，所以，不同電廠的粉煤灰性質差異很大。如表1-1所示。粉煤灰的綜合利用價值取決于其品質。粉煤灰中活性氧化鋁和活性二氧化硅的含江蘇科技大學畢業設計(論文)2量越高，其活性就越高，品質也越好；CaO有利于提高粉煤灰的活性；而三氧化二鐵能起溶劑的作用，促使玻璃體形成，有助于提高粉煤灰的活性。粉煤灰由結晶體、玻璃體和少量未燃炭組成，鋁硅玻璃體(氧化硅與氧化鋁總質量分數大于60%)是粉煤灰的主要成分，也是決定粉煤灰活性的主要因素。在相同條件下，玻璃體含量越高，粉煤灰的活性就越高。另外，玻璃體的形態、顆粒大小及表面狀況與粉煤灰的品質也有密切關系。并且未燃盡炭也致使粉煤灰的品質下降。表1-1部分火力發電廠粉煤灰化學成分（%）Table1-1partofpowerplantflyashchemicalcomposition(%)廠名Si02Al203Fe203Ca0SO3燒失量南昌七里街電廠49.3821.6410.262.761.407.91北京石景山電廠50.9232.126.553.721.206.20江蘇望亭電廠59.4229.065.405.96-4.00南京下關電廠49.2820.713.312.080.7012.32武漢青山電廠55.9425.926.153.540.366.12太原二熱電廠44.7430.613.832.200.4614.74廣州西村電廠60.1230.914.412.640.182.29湖南株洲電廠44.3515.163.521.530.8226.12鞍鋼自備電廠57.8017.229.555.47-4.96陜西壩橋電廠44.7330.4410.514.610.874.80富拉爾基電廠54.1916.498.425.94-5.00唐山陡河電廠48.5936.103.014.42-6.811.1.2粉煤灰吸附處理染料廢水的機理吸附性能從粉煤灰的理化性質看，粉煤灰處理廢水的機理主要是吸附。粉煤灰具有多孔性結構(以大孔為主)、比表面積較大、表面能高，且表面存在著許多鋁、硅等物質，具有較強的物理吸附和化學吸附能力2。物理吸附效果取決于粉煤灰的多孔性及比表面積，比表面積越大，吸附效果越好，未燃炭粒對物理吸附產生重要影響。化學吸附主要是其表面具有大量Si、Al等活性點，能與吸附質通過化學鍵結合。在酸性條件下，陰離子可與粉煤灰中帶正電的硅酸鋁、硅酸鈣和硅酸鐵之間形成離子交換或離子對的吸附。粉煤灰中的SiO2、Al2Si04、NaAlSi04與金屬陽離子也可發生離子交換。粉煤灰顆粒表面的硅醇基及硅醚基有較強極性的偶極矩，對多環芳烴、氰化物有良好的去除能力。由于粉煤灰是多種顆粒的混合物，孔隙率較大，廢水通過粉煤灰時，粉煤灰也能過濾截留一部分懸浮物,但粉煤灰的混凝沉淀和過濾只對吸附起補充作用,并不能替代吸附的主導地位。國內外研究表明，粉煤灰對水中吸附質的吸附包括3個江蘇科技大學畢業設計(論文)3連續的過程：第一為顆粒的外部擴散(膜擴散)過程；第二為孔隙擴散過程，即擴散到吸附劑表面的吸附質向空洞的深處擴散；第三為吸附反應過程，吸附質被吸附在顆粒的內表面上3。國內外資料表明：溫度越低，粉煤灰對廢水中污染物去除率越高，升高溫度不利于吸附；pH值的影響結果與吸附質的性質有關4。如用粉煤灰處理含氟廢水，在酸性條件下效果好，而處理含磷廢水在中性條件下磷的去除率最高；粉煤灰的粒徑、比表面積、化學組成對其處理效果有著直接影響。一般比表面積大，含活性氧化鋁、氧化硅及未燃盡炭高，污染物去除效果好；吸附質的溶解度、分子極性及分子量都對吸附有一定影響。與活性炭相似，粉煤灰對分子量大的污染物吸附效果較好，因為分子量大分子間引力強，物理吸附更易進行。因此，粉煤灰對以大分子污染物為主的廢水表現出較好的吸附性能。1.1.3粉煤灰吸附處理染料廢水的優點及其影響因素（1）比表面積較大，表面能高，對廢水中許多污染物質，尤其是有機物具有較強的吸附和絮凝共沉作用。（2）粉煤灰處理廢水不僅成本低，節約資源，而且還能達到以廢治廢的目的。（3）采用適當的改性劑對其進行改性，可大大提高其吸附能力，效率高，操作方便。（4）粉煤灰中含有的沸石、炭粒等具有無機離子交換特性和很強的吸附脫色作用。利用粉煤灰治理印染等有機廢水不僅處理效果較好，而且還能達到以廢治廢的目標。（5）粒級較寬，密度小、容重較輕、比表面積大以及灰粒細、碳粒粗