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活性炭降解油盐水乳液中的碳氢化合物
文章作者:韩研网络部 更新时间:2019-9-12 16:13:29

  石油工业的主要副产物之一是生产用水,即与油一起产生的水,以及在回收过程中注入的水。工业中生产用水通常被碳氢化合物污染,必须在再注入或处置之前将其除去。目前,有不同的处理方法从生产用水中去除油,包括吸附,过滤,反渗透,浮选和凝固等。由于其简单性和有效性,吸附是水中除油中常用的技术。用于处理产出水的典型吸附剂是活性炭和最近的纳米材料。不过目前生物过程是一种新兴技术,能够解决这些问题,因为特定微生物能够催化水中混溶的碳氢化合物。本次测试使用活性炭负载微生物讲解生产用水中的碳氢化合物。

  研究测试材料准备

  活性炭的化学改性:初始浸渍法用于表面改性。将氢氧化钾和磷酸改性活性炭在110℃下干燥24小时。根据它们分别包含P或N杂原子的溶解度,用最少量的水或乙醇制备适量的改性剂,磷酸和三聚氰胺。然后将溶液缓慢滴在每种材料上。浸渍的活性炭在IR灯下干燥24小时,然后使用管式炉在3立方米每分钟的氮气流下在700℃下加热1小时。最后,合成了四种活性炭,并且选择合适的活性炭负载上斯氏假单胞菌。

  油-水乳液的制备:通过混合NaCl和去离子水制备盐水(盐水)以获得2%的H 2 O质量分数。原油和盐水以10000rpm进行20分钟制成油-水乳液。使用UV-VIS分光光度计,通过光学显微镜观察油滴的大小和吸光度的变化,监测乳液的稳定性。通过混合苯、甲苯和苯酚600毫克在去离子水中混合10分钟制备具有特定烃盐水。

  活性炭的特性

  如图1所示(a)氢氧化钾和(b)磷酸活性炭的形态。都是是无定形颗粒的三维网络。特别是氢氧化钾,它呈现出更大更广的单位。在视觉上,磷酸孔隙小于氢氧化钾。总的来说,活性炭的表面主要由碳(>85%)和氧(7.7%)原子构成。由于用于活化的H 3 PO 4,磷酸活性炭显示出残留的磷(质量分数为6.7%)。

  图1:通过用(a)氢氧化钾和(b)磷酸化学活化活性炭的微观结构,通过SEM分析估计。

  烃类降解试验

  活性炭载微生物从油盐水乳液中去除芳烃的能力如图2所示。在与常规的氢氧化钾活性炭被用作对照。特别是,使用常规的活性炭,苯和甲苯的吸附效率大于90%,而它们吸附苯酚的能力小于70%。可以通过考虑吸附物之间的极性差异来解释这些结果。使用活性炭和载微生物活性炭的苯酚去除效率之间的比较显示了通过微生物固定修改活性炭孔隙空间的方式。由于施氏假单胞菌消耗苯酚的能力较低,因此去除严格限于吸附过程。

  图2:芳香族烃脱除通过用氢氧化钾与三聚氰胺官能化的化学活化制备的活性炭,负载微生物的活性炭材料。

  简而言之,使用活性炭(60%-93%)和载微生物活性炭(16%-84%)比游离的无活性炭载体的微生物(1%-47%)更好地去除芳香烃。材料的孔隙率和吸附偶极性有利于吸附。常规活性炭表现出高度的微孔性,其中可以容纳分子量约为100的苯,甲苯和苯酚。活性炭的非极性特征保证了碳氢化合物的疏水吸引力,也是非极性的。活性炭阳离子表面有利于芳烃保留,因为芳环中的π电子与表面阳离子静电连接。使用常规活性炭和载微生物活性炭的原油去除能力如图3所示。使用游离的微生物和油-盐水乳液作为对照。

  图3:原油通过有和没有与三聚氰胺官能化和微生物由氢氧化钾化学活化制备的活性炭除去。

  分别使用微生物和四种活性炭24小时后,油-盐水乳液中去除的原油总量分别为21.9%,75.1%,62.3%,48.5%和37.4%。通常,常规活性炭去除了比活性炭载微生物材料更高量的原油。这可能是由于吸附对的高物理化学亲和力,可以通过范德瓦尔斯相互作用来控制。活性炭的高孔隙率有益于原油组分的物理吸附。去除基础材料和载微生物材料之间的差异在于不同量的可用活性位点,其在微生物材料中较少,因为微生物沉积在孔中。通过考虑活性炭以更大比例固定微生物并呈现更好的多孔性质来解释这些发现。

  虽然有结果表明除油效率高于本研究所达到的效果(在不到24小时内去除率≥90%),但这些结果是用吸附剂和非催化剂获得的,因此优点是部分的。它们没有解决解吸问题,例如在目前使用活性炭载微生物的实验中。微生物的催化作用被确认为存在少量的碳氢化合物,例如喹啉胺,苯并喹啉,环己硅氧烷,戊二烯和环戊烷,它们仅在存在游离或活性炭固定的微生物时观察到,与常规活性炭处理不同。

  该研究调查了活性炭载微生物用于催化盐水包油乳液中的碳氢化合物和原油的能力。结果表明,活性炭的大孔性对于微生物固定是必不可少的,用于容纳烃的微孔性和用于这些吸附物的静电稳定的高pH PZC。使用常规活性炭(吸附:60%-93%)和微生物活性炭(催化:16%-84%)与游离的微生物(生物处理:1-47%)相比,芳香烃的去除略微更有效。与纯吸附方法相比,较低的去除百分比通过用于除油的催化途径得到补偿。仅在存在游离或活性炭固定的微生物情况下存在少量碳氢化合物就证明了这一点。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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