Fe-Zn基废脱硫剂制备铁碳材料及其对废水微电解性能.doc

精品整理 Fe-Zn基废脱硫剂制备铁碳材料及其对废水微电解性能 　　废脱硫剂是煤气干法脱除H2S工艺过程产生的失效脱硫剂固体废弃物，其主要成分为吸收H2S后生成的金属硫化物(Fe2S3，FeS，ZnS)以及不断再生过程中生成的硫磺(S6)及吸附的有机硫噻吩等含硫化合物。传统填埋、投海法处理废脱硫剂可能造成土壤或水污染。为减少废脱硫剂污染危害，实现其资源化利用，目前已有针对传统单一氧化铁或氧化锌系废脱硫剂资源再生或回收处理的相关研究报道。其中硫磺采用有机溶剂CS2萃取，蒸汽扫吹法可回收。但萃取法难度大，蒸汽吹扫成本高，而且无法直接处理FeS、ZnS等硫化物。丁明雷等[9]研究表明空气气氛下600℃氧化锌脱硫剂中的硫化锌可再生为氧化锌进行循环使用，但硫酸盐的生成导致脱硫剂的再生不完全且再生活性降低。杨文刚采用氧化铁废脱硫剂与硫铁矿掺烧制硫酸。秦亚平研究用氮肥厂的氧化锌废脱硫剂制备七水硫酸锌。但复合氧化铁-氧化锌系废脱硫剂因成分复杂，再生或回收难度大，且无法充分回收利用废脱硫剂中的锌，导致资源浪费，且目前尚无较好的关于Fe-Zn基废脱硫剂处理技术的报道。 　　近年来，工业废水排放量逐年上升，对环境、水资源污染日益严重。工业废水处理主要采用物理法、化学法及生物降解法等。化学法是利用铁碳材料、芬顿试剂、臭氧或光电等反应过程中产生的OH来氧化降解废水中的有机物[18]。其中以铁碳材料微电解工业有机废水应用比较广泛，以电沉积、芬顿反应、絮凝和吸附的综合作用降解化学需氧量(COD)，具有耗能低、操作简单、成本低、效果优良的特点引起人们广泛关注。而芬顿反应是以H2O2为氧化剂，以Fe2+为氧化反应的催化剂，降解废水中有机物的过程，其优点在于双氧水氧化性强，对用生物降解法难以处理的化学有机废水效果显著，但成本较高。结合铁碳微电解和芬顿氧化两者优点，采用铁碳材料-芬顿联用技术，可减少芬顿试剂用量，降低成本，以期达到更高的处理效果。微电解-芬顿联用处理工业废水时，微电解结束后废水中溶解的Fe2+浓度及酸余量(即pH)将影响到芬顿反应对废水中COD的去除效果，因此此工艺技术的核心是微电解过程。而微电解工艺的核心是铁碳微电解填料。当前工业铁碳材料多以铁屑或刨花为铁源，与活性炭免烧混合或与煤高温焙烧制备。选择廉价的铁源和合理的工艺是制备低成本、高性能铁碳材料的关键。 　　本文针对废脱硫剂的循环利用，提出以废脱硫剂为铁源、以煤为碳源和还原介质，添加Na2CO3为反应助剂，实现废脱硫剂中ZnS的还原与单质Zn的气相蒸发分离，获得高品质的FeO-C材料。深入研究了不同工艺条件对制备铁碳材料品质、Zn单质和Na2S分离效率的影响，并对比研究了废脱硫剂制备的铁碳材料与商业铁碳材料对工业有机废水COD的处理效果。 　　一、实验部分 　　1.1 材料与试剂 　　废脱硫剂(wastedesulfurizer)(来自山东明硕新能源科技有限公司)的XRD谱图如图1所示，物相主要有MgCa(CO3)2、S、CaSO42H2O、NaCl、FeO(OH)、ZnS、FeS等;同时使用如下材料：粉状煤(取自不连沟)、Na2CO3(分析纯)、硫酸(分析纯)、Ca(OH)(2分析纯)、30%H2O(2分析纯)、有机废水(某芯片制造厂表面清洗废水)、商业铁碳材料(commercialFe-C，取自某废水处理厂)。其中不连沟煤的工业分析及元素分析如表1所示。由表可知，不连沟煤中挥发分及灰分含量较大，固定碳含量较低，碳含量为62.38%，属于较低品质煤。煤的挥发分在高温热处理时利于造孔，提高铁碳材料的比表面。 　　1.2 热处理实验 　　1.2.1 热处理实验方法 　　对废脱硫剂进行三种不同的热处理：煅烧(氮气气氛)，炭热还原，以Na2CO3为助剂的炭热还原处理。其中废脱硫剂(wastedesulfurizer)以W表示，粉状煤(coal)以C表示，分析纯无水Na2CO3以N表示，分别将其用粉碎机粉碎成粉末。分别将废脱硫剂(标记为W)、废脱硫剂/不连沟煤配比为1/1(标记为WC)、废脱硫剂/不连沟煤/Na2CO3配比为1/1/1.5的样品(标记为WCN)研磨均匀，原料W、WC、WCN在管式炉中900℃煅烧3h的产物分别以W-C900-3、WC-C900-3及WCNC900-3表示(标识中第一个C为coal，煤;第二个C为calcine，煅烧;下文的同一标识中同一位置C表示同义)。 　　废脱硫剂与煤基炭发生热解反应还原FeS、ZnS，FeO(OH)形成铁碳材料，还原生成的Zn单质在高温下(沸点907℃)蒸发而分离，废脱硫剂中硫元素与钠形成副产物Na2S附着在铁碳材料表面。 　　反应结束后，从管式炉取出粗制的铁碳材料。用去离子水浸泡12h后，再洗涤数遍至洗涤水呈中性为止。将其过滤后放置110℃烘箱中