从草浆黑液中提取木质素制备活性炭的可行性研究张晓杰

199三Vol.1入0.弓中国给水排水从草浆黑液中提取木质素制备活性炭的可行性研究张晓杰蒋佩霞黄江丽①(吉林化工学院)摘要应用酸听法从草浆黑液中提取木质素制备活性炭是草浆黑液治理及木质素综合利用的新途径,此法适于中小型造纸厂。黑液经除硅、酸析处理分离出木质素后,COD去除率达70%,黑液中木质素提取率达86.4%。由木质素制成的活性炭得率较高,吸附容t大,王要技术指标均达到了活性炭的质量标准。关键词草浆黑液;木质素;酸化;活性炭;除硅;活化二前言我国造纸工业发展较快,年产万吨以上的造纸企业仅189个`纸产量约占43%;而年产5000吨以下的小厂近5000个,纸产量约占43%。非木材原料的造纸比重达80%,尤其是草浆类原料制浆的成份复杂,废液的污染防治难度更大。一般草浆黑液中固形物占10~巧%,其中l/3是无机物,如钠盐、烧碱、硅化物、金属化合物等;23/为有机化合物,如木质素、纤维素等,COD达5。一10馆/L。目前有40%的小厂黑液不经治理直接排放,不仅造成严重的环境污染,而且浪费了大量的资源。本研究结合实际,从中、小型草浆造纸厂的黑液处理及木质素的综合利用进行了可行性研究。利用木质素在酸性条件下可以析出的性质,采用酸析法提取木质素、制备活性炭,既为木质素的开发利用又为活性炭的生产找到了廉价的新资源。①本文作者还有贾丹、郭岩松。据测定东湖出厂水余氯在1.omg/L左右。国家生活饮用水水质标准规定:在接触30min后弋。,3mg/L,管网末稍水戈0.05mg/L。余氯浓度太高促使三卤甲烷的生成,一般认为保持.0smg、L/为宜,通常是用实验来确定。投矶7l.23.4.5.,水一,物。。上:,。一协一三层.料俄”位’位他节清水范一用”加扳6.7.8.9.参考文献韩长绵、王正花,环境科学与技术3,18~20(1985)杨晓萍、蔡宏道,同济医科大学内部资料丹保宪仁(日),“水道与三卤甲烷”(2983)JAWWA7.376~380(1982)周王全、黄秀华,武汉自来水公司内部资料(1989)杨文进、周力,东湖水厂水处理工艺测试报告(1985)朱良金、蔡宏道,同济医科大学内部资料杨文进等,中南给水排水(访日考察报告)(1989)李家就、钱望新,富营养化湖泊水的给水生物预处理的研究(1990)图4建议东湖水厂处理工艺综上所述,为使东湖自来水水质将得到良好的改善,建议采用图4处理工艺。作者简介:高级工程师兼建设部滤料质监检测中心主任通讯处:43。。1。武汉解放公园路45号中国市政工程中南设计研究院科研所中国给水排水1995Vol.11No.52废水来源和木质分析试验废液取自辽源造纸厂碱法草浆蒸煮黑液,比重为lo94kg/m3,浓度为12.sBe、pH值为13,总固形物含量占15%,COD为16288omg/L。对黑液中总固形物的成份进行分析测定,其结果见表1。农1章浆黑液固形物成份分析草浆黑液成份数值范围有机物65~70%无机物30~35写木质素449/L二氧化硅4.59/L3工艺流程草浆黑液处理工艺流程如图1所示。图1黑液处理工艺流程图由于黑液中硅含量高,对木质素的酸析及活性炭的质量都有影响,所以首先进行除硅而后进行酸化分离木质素的正交试验,找出最佳酸化条件,使木质素析出速度快、析出量大,浓缩木质素经活化制取活性碳,黑液经中和后进入生物厌氧处理系统。4实验部分4.1除硅由于蒸煮黑液粘度大,所以先对黑液进行稀释后除硅,稀释比为黑液:蒸馏水`2,_二。草浆黑液中硅含量超常,其含量占总固体的2一20%,由于硅以NaZ·nisOZ的形式存在,使酸化析出木质素后过滤极其困难,且影响活性炭的吸附性能,故首先采用硫酸镁除硅。Mgs。、有两方面的作用:一方面有阳离子Mg+2的作用,Mg,++510歹=MgsiO。十使硅沉定析出;另一方面有酸化降低pH值的作用,除硅的最适pH值在9一10之间,加入MgSO;后,黑液的pH值可以达到要求。黑液中硅含量为51024.59L/,硫酸镁加入量为79/L,温度为80℃,反应时间为40min,然后离心沉降。4.2酸化除硅后将黑液再稀释,稀释比仍为2,1,稀释后黑液进入连续酸化过程。木质素的单体为苯基丙烷,彼此以各种类型的键(如醚键、C一C键)联成大分子,在碱性条件下链断裂,木质素分子量下降,溶解于黑液中。当黑液加酸并加热后pH值急剧下降,盐浓度升高,胶体稳定性受破坏,木质素分子聚合成大分子,可以从水中析出。因此,采用酸析沉淀分离方法提取黑液中的木质素。以巧%的HZSO4为酸析剂(可用废酸代替),通过正交试验确定最佳酸析温度、pH值及酸析时间。试验中发现,黑液酸化后陈放时间越久,沉淀析出木质素越容易进行过滤,滤液经中和后进入厌氧生物处理系统。酸化后木质素析出率为86.4%。4.3活化一木质素制备粉末状活性炭按最佳酸化条件酸析木质素,并将木质素烘干、称重,每份重量159,按表2作活化正交试验。影响活性炭得率的主要有活化温度、活化时间、浸渍时间、液固比四个因素,并四水平设计活化正交试验水平因素,以确定最佳活化争件。首先按表2所设条件称取定量的木质素,与64Be的Zn1C2溶液混合并搅拌,浸渍于增祸内浸泡1h6以上,然后置于电炉上缓慢炭化,至柑锅内不再冒烟时加盖放入高温炉内进行活化处理,活化结束后冷却至室温,取出活性碳用低浓度ZnC12(25Be)、10%Hel、热蒸馏水进行漂洗以回收ZnCI,,并洗去活性炭表面的铁、锌、氟1995Vol.11No.5中国给水排水离子等,漂洗后抽滤、脱水,于108C条件下干燥h2得粉末状活性炭。根据表2,按正交表I,卿5进行试验,得到16份活性炭干燥减量、灰分、亚甲基兰脱色力的测定,对其结果采用方差分析,排除误差因素得最佳活化试验条件,其结果见表3。在最佳活化条件下进行验证试验,并与国外粉末状活性炭的性能指标进行了比较,其中活化温度对脱色力影响最大,其次是液固比及活化时间,验证试验结果见表4。表ZL摺5活化正交试验因素水平表水水平平浸渍时间间液固比比活化温度度活化时间间(((((h)))(mL/g)))(C)))(min)))11111l66625/155544000555522222l99925/155550000700033333211128/155556000855544444244430/155562011110000表3最佳活化试验条件浸溃时间(h)16液固比(mL/g)活化温度哩560活化时间(min)25/15表4验证结果及活性炭性能指标的测定指指标标自黝普炭国翔瞥炭质量标准··活活性炭得率率50%一一一灰灰分分1.05%0.97%4%%%干干燥减量量6.73%9.54写10%%%亚亚甲基兰兰110.omL/g一100mL/ggg其中干燥减量指标优于国外活性炭,主要指标均符合《林产化学手册》粉末状活性炭质量标准。5结论①草浆黑液经除硅、酸化析出木质素后,COD去除率为70%,木质素析出率为86.4%,但滤液的COD仍上万,还需进行处理。②利用酸析木质素、氯化锌活化法可制备高脱色力的活性炭,其指标测定结果为:灰分4%,干燥减量`10%,亚甲基兰值100mL/g,均符合《林产化学工业手册》中规定的粉末状活性炭的质量标准。③草浆黑液中硅含量较高为4.59/L,采用硫酸镁除硅,有助于木质素的酸析及提高活性炭质量。④在酸化提取木质素的过程中,pH值对炭渣得率及COD去除率有影响。从提高木质素析出量、降低灰分、提高COD去除率、节约用酸量等因素综合考虑,选择最佳酸化条件为pH=3.0、温度为60℃、时间为45min。⑤活化过程中温度是关键因素,它对活性炭得率、亚甲基兰脱色力有很大影响,活化的最佳条件为温度560℃、ZnC12(mIJ)/炭渣(g)一25/15、浸渍时间16h、活化时间55min。,指《林产化学手册》粉末状活性炭质量标准。表4说明,由于木质素纯度高、灰分含量较低,制出的活性炭得率高,性能优良、脱色力强,作者简介:张晓杰,女,讲师,从事环境微生物学教学和科研通讯处:132022吉林市承德街45号·信息·磁渗析除盐器磁渗析除盐器是一种新型海水或苦咸水除盐设备。工作时,盐水由淡室进入水道,盐呈Na一卜、Cl一离子态。永磁体在电机的带动下高速转动,形成一高速旋转的磁场,在洛仑磁力的作用下,淡室中的Na+透过阳膜进入浓室,lC一则反向运动进入另一侧的浓室,而浓室中的Na一不能透过阴膜进入淡室,Cl不能透过阳膜进入淡室,达到盐、水分离。该设备主要特点是节能,由于它使用的阳、阴膜与电渗析器所使用的膜一样,故工作比较稳定。(长沙三水厂于东江)1995Vol.11No.5中国给水排水3Keywrods:trhial()metl飞anefromatzno,waterpurifzeationproeess,biologiealpretreatment,preehlorination·户EAS!B!L!丫YSTUD!ESONPRODUCINGACTIVATEDCARBONFROML!GNINEXTRACTEDFROMSTRAW尸UL户BLACKL旧U。曰··················,··················································……(13)XiaojieZhangPeixiaJiangJiangliHuang(J;11,,Instit“teofChemical了’echnolo郡)Abstr8CtIti、arewapproael飞totreatstrawpulpbl:,工:liquorandeomprehensivelyurilizeligninextraetedfromrli。:trawpuli)baekliquorbyaeidseparationforpl勺dueingaetivatedearbon.Thlsapproaeheanl)。usedotsmallandnledlum一sealepapermakingfaetories.Afterdesi]ieationandseparationofligninbyaeidtreatment,theC()Dze-rn。)val:、:1(lthe11gnLnreeoveryoftl飞eblaekl;quorareupto70%and86.4%,rospeetively·Keyw()rds:strawpulpblaek11quor,aeidseparation,desilieation,Iigninreeovery.EXPER!MENTALSTUDIESONTREATMENTOFPRINTINGANDDYEINGWASTEWATERBYANAEROB!CF!LTERWITHCORRUGATEDSHEETPACK!NGOFPLASTIC···············……(16)YaxinIJiIJII才1ZhiyiMa(了’a;〕uanUn,vers:yt-ol了’echnolo舒)Abstr8CtThi:l)al)erdeseribesexperlmentalstudiesontreatmentofprintirzganddyeingwastewaterbyanaerobiefllterwitl:corrugatedsheetpaekingofplastie.Thestart一upperiodofthefillterwasrelativelyshort,anditseffluentqu:11一t,厂w。、s、able.Thefilterwasnotsensitivetoshoekloadings.HRT15amainoperationparameteraffeetingef-fluentqualit夕·Thefilterwasoperatedattemperatureof35+Ic,HRTof18.3h,01一R’5of0.6一2.oKgeoD(m3d),influentCODeoneentrationsof205.3一2225.3mg/1andeolorrar、92o