蚯蚓粪吸附剂的制备及其对VOCs吸附特性的研究

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1、国内图书分类号：X701密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文蚯蚓粪吸附剂的制备及其对VOCs吸附特性的研究年级:2015级姓名:黄生华申请学位级别:硕士专业:环境工程指导老师:王文勇副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:X701U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisASTUDYONTHEPREPARATIONOFVERMICOMPOSTADSORBENTANDITSADSORPTIONCHARACTERISTICSFORVOCSGrade:2015Candidate:HuangShen

2、ghuaAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:EnvironmentalEngineeringSupervisor:A.P.WangWenyongMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要吸附法处理涂装VOCs是一种净化效率高且应用广泛的工艺，但目前由于常用的活性炭价格昂贵且伴随二次污染，导致涂装车间VOCs治理不理想，故探索低成本、净化效率高的新型吸附剂尤为重要。蚯蚓粪不仅廉价易得，而且含有大量的单质碳、有机物和部分铝硅酸盐类物质，通过不同的改性方法能不断优化制备蚯蚓粪吸附剂，探讨最终优化的

3、改性蚯蚓粪的应用潜势，初步分析其净化VOCs的机理，同时优化其在固定床中吸附VOCs的工艺参数，为实现蚯蚓粪资源化利用，推进涂装行业有机废气的治理进程存在着重大意义。本文的主要结论如下：（1）在无机复配试剂改性蚯蚓粪的方法中，发现经体积比1:2混合的ZnCl2:H3PO4改性后的蚯蚓粪吸附效果最好，采用单因素与多因素结合分析，确定了无机化学改性蚯蚓粪吸附剂（ICMV）的最佳制备工艺条件为：活化温度为600℃，蚯蚓粪与复配试剂的质量比为1:3，活化时间为2h。表征发现，在该条件下制备的600-ICMV具备较高的比表面积，高达160.271m2/g，是蚯蚓粪原样的26.33倍，平均

4、孔径为3.3381nm，属于高度有序的介孔吸附剂。600-ICMV中无定型非晶态SiO2和Al2O3显著增加，使其本身的硬度和吸附活性增强。因600-ICMV表面的非极性官能团较少，能参与VOCs化学吸附反应的活性位点不多，对疏水性VOCs的吸附作用力主要以范德华力为主。（2）在无机-有机化学复合改性蚯蚓粪的方法中，发现600-ICMV经壳聚糖盐酸盐改性生成的吸附剂（OICAV）具备更好的吸附能力，通过控制变量法确定最佳制备工艺条件为：壳聚糖盐酸盐浓度为30g/L，改性反应时间为3h，改性反应温度为30℃。表征发现，在该条件下制备的壳-OICAV因微孔被壳聚糖盐酸盐填充，其比表

5、面积相比于600-ICMV有所下降，为61.2387m2/g，平均孔径为15.7111nm。但是，壳聚糖盐酸盐能均匀分布在硅铝酸盐和炭物质表面，增强了两者间的协同吸附效应。另外，在不破坏600-ICMV表面化学结构的前提下，壳聚糖盐酸盐与极性基团反应添加了-CH2和-NH疏水基团，参与VOCs化学吸附反应的活性位点明显增多，对甲苯、乙苯和乙酸乙酯的吸附量约是600-ICMV的1.3倍。（3）为探索600-ICMV和壳-OICAV吸附VOCs的应用潜势，将其与煤质活性炭和5A分子筛对比发现，改性蚯蚓粪的吸附性能远不及市售的活性炭，但壳-OICAV对甲苯的吸附量与5A分子筛相比仅相

6、差14.3mg/g，说明壳-OICAV具备较优的吸附性能。西南交通大学硕士研究生学位论文第II页（4）对600-ICMV和壳-OICAV的吸附等温线进行拟合，发现600-ICMV和壳-OICAV均符合Langmuir方程和Freundlich方程，但Langmuir方程更能描述甲苯在改性蚯蚓粪表面的吸附平衡关系。说明改性蚯蚓粪不仅存在范德华力为主导的物理吸附作用力，还存在官能团带来的化学吸附作用力。（5）考察负载改性蚯蚓粪的固定床对甲苯的动态吸附过程发现，当固定床中吸附温度为25℃，进气流速为600~750L/h，改性蚯蚓粪的添加量不低于9g时，对涂装车间大风量、低浓度的VOC

7、s净化效果较好。关键词：蚯蚓粪；改性方法；表征；工艺优化；VOCs；吸附等温线；固定床西南交通大学硕士研究生学位论文第III页AbstractAdsorptionmethoddisposescoatedVOCs,whichisahighlyefficientandwidelyappliedprocess.However,thecommonlyusedactivatedcarbonisexpensiveandhassecondarypollutionatpresent,whichleadsto