H2O2改性活性炭的制备及其在含盐废水处理中的应用

H2O2改性活性炭的制备及其在含盐废水处理中的应用 摘要：工业发展以及海水利用使得高盐废水的数量急剧增加，传统的生物处理方式效率比较低，然而物化技术存在能耗较高以及二次污染等问题，电容去离子(CDI)技术虽然有环保经济的特点，可是没有经过改性的活性炭电极由于表面呈现惰性且孔径分布不均匀，很难契合高盐废水脱盐的需求。在本研究当中采用了双氧水(H2O2)对活性炭电极进行改性，以此来优化其表面的含氧官能团以及介孔结构，提升其亲水性与电荷传输性能，借助循环流CDI装置，系统地考察电压处于0.9–1.5V、流速处于5–15mL/min以及原水浓度处于90–120mg/L时对脱盐性能所产生的影响，并且对循环稳定性进行评估。结果显示：改性电极在1.5V时比吸附量可达到12.61mg/g，相较于未改性的电极提升了21.3%，流速为7mL/min时吸附量是最优的，为11.78mg/g，在不同原水浓度的状况下，高盐浓度也就是120mg/L时的吸附提升较为明显。经过3次吸附/脱附循环之后，电极的脱附效果不错，H2O2改性活性炭电极的吸附量可保持在90%，有良好的循环稳定性，本研究创新性地利用了H2O2的绿色改性工艺，提升了电极脱盐效率与稳定性，为工业高盐废水处理提供了经济高效的方案。关键词：活性炭；双氧水改性；电容去离子；吸附性能；含盐废水处理 PreparationofH2O2modifiedactivatedcarbonanditsapplicationinthetreatmentofsaltywastewaterAbstract：Therapidgrowthofindustrialactivitiesandseawaterutilizationhasledtoasignificantincreaseinhigh-salinitywastewater.Traditionalbiologicaltreatmentmethodssufferfromlowefficiency,whilephysicochemicaltechnologiesfacechallengessuchashighenergyconsumptionandsecondarypollution.Althoughcapacitivedeionization(CDI)isanenvironmentallyfriendlyandcost-effectivetechnology,unmodifiedactivatedcarbonelectrodesexhibitlimitedapplicabilityforhigh-salinitywastewaterdesalinationduetotheirinertsurfaceandnon-uniformporedistribution.Inthisstudy,hydrogenperoxide(H2O2)wasemployedtomodifyactivatedcarbonelectrodestooptimizetheirsurfaceoxygen-containingfunctionalgroupsandmesoporousstructure,therebyenhancinghydrophilicityandchargetransferefficiency.UsingarecirculatingflowCDIsystem,theeffectsofvoltage(0.9–1.5V),flowrate(5–15mL/min),andinfluentsalinity(90–120mg/L)ondesalinationperformanceweresystematicallyinvestigated,alongwithanevaluationofcyclicstability.Resultsdemonstratedthatthemodifiedelectrodeachievedaspecificadsorptioncapacityof12.61mg/gat1.5V,representinga21.3%improvementovertheunmodifiedelectrode.Theoptimalflowratewas7mL/min,yieldinganadsorptioncapacityof11.78mg/g.Undervaryinginfluentconcentrations,theadsorptionenhancementwasmostpronouncedat120mg/L.Afterthreeadsorption/desorptioncycles,themodifiedelectroderetained90%ofitsinitialadsorptioncapacity,indicatingexcellentcyclicstability.ThisstudyinnovativelyutilizedagreenH2O2modificationprocesstoenhanceelectrodedesalinationefficiencyandstability,offeringaneconomicallyefficientsolutionforindustrialhigh-salinitywastewatertreatment.Keywords：ActivatedCarbon;HydrogenPeroxideModification;CapacitiveDeionization;AdsorptionPerformance;Salt-ContainingWastewaterTreatment页共27页参考文献迟明磊．流化床生物膜反应器处理高盐废水效能的研究[D]．哈尔滨工业大学，2011．于淼．基于弱电场介导的重力流膜生物反应器处理含盐废水效能与调控[D]．哈尔滨工业大学，2022．DOI：10．27061/d．cnki．ghgdu．2022．001446．NikolayV．Energyuseformembraneseawaterdesalination–currentstatusandtrends[J]．Desalination,2018,431．XiaomingL,JiD,DiWu,etal．SustainableApplicationofaNovelWaterCycleUsingSeawaterforToiletFlushing[J]．Engineering,2016,2(4)．YinxiuL,XianweiC,HuiZ,etal．HistoricalEvolutionofMaricultureinChinaDuringPast40YearsandItsImpactsonEco-environment[J]．ChineseGeographicalScience,2018,28(3)．周豪．耐盐菌强化MBR集成技术处理高含盐有机废水研究[D]．浙江大学，2019：79．ThomasMM,RobertGM．Environmentalissuesinseawaterreverseosmosisdesalination:Intakesandoutfalls[J]．Desalination,2018,434．朱绍雄．含盐废水对水生态环境的影响分析[J]．中国资源综合利用，2023，41(10)：151－153．薛聪．含盐废水的生物处理探析[J]．中小企业管理与科技(中旬刊)，2019，(03)：189－190．伏立勇．含盐废水的生物处理研究进展[J]，当代化工研究，2019，(03)：4－5．陈明燕，蓝大蔚，刘宇程．高含盐废水脱盐处理技术研究进展[J]．化工环保，2018，38(01)：19-24．盛兴．论高盐废水生化处理技术研究[J]．工业，2017(2)：00307-00307．孙晓杰，周利，彭永臻．SBR中海水对短程硝化的影响[J]．青岛理工大学学报，2005，26(6)：111－114．周楠楠，张威，赵金龙，等．废水深度处理的研究进展[J]．无机盐业，2017，49(2)：10－14．梁爱国，丁丽，蔺爱国．高盐含油污水处理研究进展[J]．中国石油大学胜利学院学报，2016，30(1)：37－40．施帅帅，王欲晓，庄严等．高盐废水预处理技术及对生物处理系统影响的研究进展[J]．现代盐化工，2016，43(05)：5－8＋46．崔有为，丁洁然，卢鹏飞，等．嗜盐污泥反硝化亚硝酸盐的性能及其影响因素[J]．化工学报，2012，63(08)：2584－2591．Helmholtz,Inst．JF．Helmholtz'stheoryofdoubleelectriclayers［J］．JournaloftheFranklinInstitute,1883,115(4):310．DelahayP．DoubleLayerandElectrodeKinetics［J］．AnalyticaChimicaActa，1966(1):36-42．A.Dravnieks,J.C.G.Than.Electrochemicaldemineralizationofwaterwithporouselectrodesoflargesurfacearea.Salinewaterconversion.Salinewatterconversion［J］．AmericanChemicalSociety,1960:206-223．GeorgeW．Murphy

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