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 自然科学

褐煤吸附性能的研究进展

发布时间:2020-03-05 点击: 来源:世界有色金属
 随着我国经济的快速发展,城市、城镇规模的不断扩大,废水排放量也在逐年递增。据统计,到2007年我国废水排放量已达到750亿t,其中主要为工业污水和生活污水。废水中含有大量的重金属,有机类物质等,不经处理直接排放会对生态环境产生严重的危害。因此,经济有效的处理水污染问题,是国内外共同关注的课题。
   目前我国比较成熟的废水处理工艺主要有活性污泥法,AB法、A/A/O法、SBR法、氧化法、吸附法等。其中吸附法具有工艺简单,容易操作、成本低等特点,是废水处理工艺中比较成熟有效的一种方法。常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、活性氧化铝、焦炭、树脂吸附剂、木屑、腐植酸等,但其普遍存在着再生困难、排污量大、生产成本高等缺点。
我国褐煤资源相当丰富,到2006年,褐煤总量约达1303亿t,占全国煤炭总量的13 %[1]。 目前,褐煤主要用于直接燃烧发电,属于低附加值利用,没有完全发挥褐煤的利用价值。褐煤具有密度较低,内部孔隙发达,反应活性高,比表面积较高,富含腐殖酸等特点,是一种很好的吸附剂原料。因此采用褐煤作为吸附剂,不仅可以解决二次污染,变废为宝,同时还可以节约能源,提高褐煤的附加值,对煤炭资源的可持续发展很有价值。
1 褐煤
1.1 褐煤特性 
褐煤是泥炭成岩作用的产物,即植物残骸在物理、生物、化学作用下变成的岩石。褐煤是煤化程度最低的煤,属于软质煤,呈棕黑色,无光泽。褐煤水分大,挥发分高(>40 %),含游离腐植酸,与一般煤相比,褐煤含氧量高,燃点低(270 °左右),密度小,易于自燃且容易爆炸。从我国褐煤资料中可知,我国的褐煤是一种高挥发分(50 %左右)、高灰分(30 %左右)、高水分(30 %左右)、低热值(14 MJ/kg左右)、低灰熔点等的劣质燃料[2]。
1.2我国褐煤的利用情况[3]
目前,燃烧发电是褐煤的主要应用手段,由于褐煤含有较高的水分,不便远距离运输,所以褐煤主要运用于燃烧发电。邱亚林[4]等采用云南褐煤,分析了劣质褐煤燃烧调整技术,并探讨了循环流化床在燃烧劣质褐煤中的应用。褐煤具有的高挥发分、高活性特点决定了褐煤是一种优质的热解原料。褐煤低温热解主要制得焦油、热解煤气和半焦产品等。金会心[5]等将褐煤放入固定化气炉内,采用不同升温速率,对不同热解温度范围产生的煤气性质进行了分析。褐煤的生物转化与利用也是当前的研究热点,通过利用微生物来对褐煤进行液化和气化的生物转化来制取石油以及获得甲烷、氢气、乙酸等工业原料过程。微生物转化褐煤,具有能耗低、高转化效率、转化条件温和、经济效益好等优点。另外,褐煤自身的孔隙中常含有羧基、醌基、羰基、酚羟基等活性基团,属于天然碱性高钙粉煤灰,既有火山灰活性,又有水硬性,因此褐煤也是一种非常良好的天然吸附剂,其具有优异的吸附、络合及交换性能。
褐煤作为一种新型吸附剂的原材料,近几年来越来越受到广泛关注,目前褐煤吸附的研究日益突飞猛进,对其深入研究,有利于指导开发利用。
1.3 褐煤的吸附原理
褐煤之所以作为良好的吸附剂,与它的结构和经济效益是密不可分的。褐煤结构疏松,是一种孔隙极为发达的储集体,它具有较大的微孔结构和比表面积,且本体还有有着孔径不一的有机质和矿物质,属多孔固态物质[6],因此褐煤的吸附过程既有物理吸附,又有化学吸附。其中起着化学吸附作用的物质是由芳香烃环组成并且由盐桥、脂肪链等连接起来的大分子网状结构化合物,且有机部分的化学族组成分析如图l[7]。
图1 褐煤化学族组成分离流程
褐煤作为一种良好的天然吸附剂,其所具有的物理吸附功能主要依靠它的疏松“海绵状”多孔结构和较大的比表面积,而化学吸附功能主要来源于自身含有一种无定形的有机物质–腐植酸。