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飞灰在染料废水之应用34

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染料 废水 应用 34
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飛灰飛灰 在在 染料廢水染料廢水 之之 應用應用 指導老師 曾昭桓曾昭桓 學生 黃慈玲黃慈玲 l 文獻回顧 l 實驗材料及方法 l 結果與討論 l 未來工作 文獻回顧-1 · 台電每年煤灰產量超過台電每年煤灰產量超過 150 150萬公噸,萬公噸, 煤灰煤灰( (coal ash) coal ash) 包括包括飛灰飛灰( (fly ash) fly ash) 及底灰及底灰( (bottom ash)bottom ash) 其中飛灰佔約其中飛灰佔約 4/5 4/5,底灰,底灰 1/5 1/5 ,, 屬屬 非有害性廢棄物非有害性廢棄物 · 煤灰的利用:煤灰的利用: 1. 1. 水泥、混凝土添加劑材料水泥、混凝土添加劑材料(最大宗之利用)(最大宗之利用) 2. 2. 路基、結構性回填材料路基、結構性回填材料 3. 3. 建築材料建築材料((砂石砂石輕質骨材輕質骨材)) 4. 4. 工業材料工業材料(隔熱磚、塑膠填充材料)(隔熱磚、塑膠填充材料) 5. 5. 其他其他(土壤改良、回收提煉金屬、(土壤改良、回收提煉金屬、….….、、廢水處理吸附劑廢水處理吸附劑)) 重金屬重金屬 ( (Cu, Cu, ZnZn, , PbPb…)…) 有機化合物有機化合物 ( (phenol…)phenol…) COD, BOD, color…COD, BOD, color… 文獻回顧-2 小顆粒圓球狀,顆粒大小小顆粒圓球狀,顆粒大小1~1001~100μmμm 組成主要為組成主要為矽矽( (SiOSiO 2 2 ) )、、鋁鋁( (AlAl 2 2 OO 3 3 ) )和和鐵鐵( (FeFe 2 2 OO 3 3 ) ),, 次要元素次要元素鈣鈣( (CaOCaO) )、、鉀鉀、、鎂、鈦、鈉、硫及鎂、鈦、鈉、硫及未燃碳未燃碳,, 其他更少量元素及微量元素其他更少量元素及微量元素( (As, Cu, Mo, Pb, Zn.)As, Cu, Mo, Pb, Zn.) • 未燃碳含量,比表面積愈大,吸附效果愈佳未燃碳含量,比表面積愈大,吸附效果愈佳 ( (G. S.G. S. Gupta Gupta et alet al., 1990; H. V. ., 1990; H. V. Mott Mott et alet al., 1992; ., 1992; 高平洲高平洲, 1998), 1998) • • 飛灰的表面電性飛灰的表面電性 ( ( SiOSiO 2 2 、、AlAl 2 2 OO 3 3 、、 Fe Fe 2 2 OO 3 3 )) ( (S. K.S. K. Khare Khare et alet al., 1987; G. S, 1987; G. S. Gupta Gupta et alet al., 1990; L. J, 1990; L. J. Alemany Alemany et alet al., 1996)., 1996) • • Si Si--OO鍵具鍵具50%50%離子性,可吸附極性化合物離子性,可吸附極性化合物 ( (S. Kumar S. Kumar et alet al., 1987; B. Kr. Singh ., 1987; B. Kr. Singh et alet al., 1994; L. J, 1994; L. J. Alemany Alemany et alet al., 1996)., 1996) • • 飛灰中飛灰中CaCa,,Mg Mg 成份可能與廢水中有機質形成沈澱成份可能與廢水中有機質形成沈澱 在微酸性情況下,形成在微酸性情況下,形成 FeFe,,Al Al 鹽之混凝沈澱鹽之混凝沈澱 ( (M. B. M. B. VandenbuschVandenbusch et alet al., 1992; N.J. Sell ., 1992; N.J. Sell et alet al., 1994)., 1994) 飛灰之性質飛灰之性質 文獻回顧-3 顏色:在可見光線中對顏色:在可見光線中對 部份波長有強烈選擇性吸收部份波長有強烈選擇性吸收 物體顯現其物體顯現其 反射光反射光 顏色顏色 染料原料:芳香族化合物(含共軛雙鍵結構)染料原料:芳香族化合物(含共軛雙鍵結構) 染料合成:染料合成:原料原料…→ …→ 反應中間物反應中間物. → . → 染料染料 OH (助色團) N = NNaONaO 3 3S S (發色團)(發色團) ((助色團)助色團) 偶氮偶氮( (AzoAzo) )染料染料 發色原體發色原體 合成染料的分類合成染料的分類 ( (染色性、染色法染色性、染色法) ):: 酸性染料酸性染料 ( (Acid dye)Acid dye)::陰離子染料陰離子染料 ( (D D- -SOSO 3 3 - - NaNa + + ) ) W - NHW - NH 3 3 + + + + D D-SO-SO 3 3 - - NaNa + + → → W - NHW - NH 3 3 + + SO SO 3 3 - - - - D D + + NaNa + + 羊毛 羊毛 反應染料反應染料 ( (Reactive dye)Reactive dye)::化學反應化學反應 ( (D D-T--T-X X) ) Cell - OHCell - OH + + D-D-T T - - ClCl → → Cell - OCell - O - -T-DT-D + + HClHCl 纖維纖維 Langmuir isothermLangmuir isotherm Freundlich isothermFreundlich isotherm 文獻回顧-4 等溫吸附等溫吸附 ( (Adsorption isotherm)Adsorption isotherm) l 在在溫度固定溫度固定條件下, 條件下,吸附量吸附量(單位質量的吸附劑(單位質量的吸附劑 所擁有吸附質的量)與所擁有吸附質的量)與平衡濃度平衡濃度的關係的關係 l l 吸附量:吸附量:x (adsorbate) / m (adsorbent)x (adsorbate) / m (adsorbent) l l 固體對氣體吸附固體對氣體吸附 固體在溶液中的吸附固體在溶液中的吸附 l l 溫度效應-物理性吸附、化學性吸附溫度效應-物理性吸附、化學性吸附 l l 吸附理論模式吸附理論模式(各自有其不同的適用範圍)(各自有其不同的適用範圍) 文獻回顧-5 Langmuir isothermLangmuir isotherm • 吸附劑表面具有相同的吸附劑表面具有相同的吸附活性位址吸附活性位址,, 數量是數量是有限有限的,一個吸附位址只吸附一的,一個吸附位址只吸附一 個分子,且個分子,且吸附能為一個常數吸附能為一個常數。當表面。當表面 所有吸附位址全被佔滿時,吸附劑上分所有吸附位址全被佔滿時,吸附劑上分 布有最大的吸附質布有最大的吸附質單分子層單分子層。。 • • Q Q0 0 為最大吸附量為最大吸附量 ((C→C→  ,,x/m= x/m= Q Q 0 0 )) k kL L 與吸附與吸附- -脫附過程有關之平衡常數脫附過程有關之平衡常數 • • 可適用於可適用於較大的濃度範圍較大的濃度範圍  理論推導理論推導 文獻回顧-6 Freundlich isotherm • 對於第 II 區的規律吸附可以 Freundlich 來描述 • 具異質性表面吸附能量 • kF 及 1/n 是在一定範圍內表示吸附 過程之經驗係數沒有明確物理意義 kF 可表示吸附能力大小 1/n 則指吸附量隨濃度增長的強度 • 適用於中等濃度範圍 實驗材料-1 飛灰飛灰 19971997年年9 9月取自月取自台中火力發電廠台中火力發電廠之乾式洗煙塔之乾式洗煙塔 所蒐集之灰粒,部份飛灰以篩網過篩。所蒐集之灰粒,部份飛灰以篩網過篩。 所有飛灰經所有飛灰經 105±5 105±5 ℃℃溫度溫度烘乾烘乾過夜,過夜, 取出裝瓶後置於取出裝瓶後置於乾燥箱乾燥箱保存。保存。 不經分篩的飛灰不經分篩的飛灰 -- Flyash Flyash B B 粒徑大於粒徑大於212212μm μm 部份部份 -- Flyash Flyash B(4)B(4) (高平洲,1998) (高平洲,1998) Flyash B (×1000 ) 小顆粒圓球狀 實驗材料-2 大顆粒具多孔隙 Flyash B(4) (×80 ) 實驗材料-4 染料染料 三種染料分別編號為三種染料分別編號為 Blue1Blue1,,Red2Red2,,Yellow1Yellow1 • • 染料溶液之染料溶液之 pH pH 值在值在 5.6 5.6~~7.5 7.5 左右左右 • • 配製配製 2000 2000 ppmppm之之stock solutionstock solution,, 每次試驗時再稀釋每次試驗時再稀釋 (50 (50,,200200ppmppm) ) 使用使用 • • 不同時間配製之稀釋標準液,濃度之相對標準偏差不同時間配製之稀釋標準液,濃度之相對標準偏差 Blue1Blue1,,Yellow1Yellow1 70% 70%,,一般一般CaOCaO 含量較低,多呈灰色,主要來自煙煤及無煙煤含量較低,多呈灰色,主要來自煙煤及無煙煤 class C:class C:化學成分中化學成分中SiOSiO 2 2 +Al+Al 2 2 OO 3 3 +Fe+Fe 2 2 OO 3 3 50% 50%,,CaOCaO含量含量 在在 10% 10%以上,多呈黃褐色,主要來自褐煤,又以上,多呈黃褐色,主要來自褐煤,又 稱高鈣飛灰稱高鈣飛灰 兩類飛灰均具有兩類飛灰均具有PozzolanPozzolan性質(飛灰性質(飛灰+ +水水+ +鹼土鹼土------結成硬塊結成硬塊 )) 結果與討論 Flyash B 吸附 Yellow1 之等溫吸附曲線 Langmuir isothermLangmuir isothermFreundlich isothermFreundlich isotherm  文獻回顧 動力吸附動力吸附 ( (Adsorption dynamicAdsorption dynamic) ) Lagergren equationLagergren equation : : k k adad : : adsorption rate constant adsorption rate constant 取達到平衡前的數據點,作取達到平衡前的數據點,作 log(Qlog(Q e e -Q)-Q) vs. vs. t t 之關係圖,之關係圖, 回歸直線的斜率求得吸附速率常數回歸直線的斜率求得吸附速率常數 Intraparticle diffusionIntraparticle diffusion : : k kp p : : rate constant for intraparticle diffusion rate constant for intraparticle diffusion 取達到平衡前的數據點,作取達到平衡前的數據點,作 QQ vs. vs. t t1/2 1/2 之關係圖, 之關係圖, 前半部曲線部分屬於前半部曲線部分屬於 boundary layer diffusionboundary layer diffusion 後半段直線部分為後半段直線部分為 intraparticle diffusionintraparticle diffusion,,斜率即為斜率即為k k p p  結果與討論-5 Flyash B Flyash B 對對 Blue1Blue1, , Yellow1Yellow1 溶液的動力吸附溶液的動力吸附 Lagergren plot  結果與討論-6 Elovich equationElovich equation C C0 0 -C-C t t =(=(1/β1/β) ln() ln(αβαβ) + () + (1/β1/β) ) ln tln t 染料溶液~END  dqdq/ /dtdt = = α α exp exp(- (- β β q q) ) d(Cd(C 0 0 - -C C t t )/ )/dtdt = = α α exp exp[- [- β β (C(C 0 0 - -C C t t )] )] when t=0 , Cwhen t=0 , C 0 0 - -C C t t =0 =0 C C0 0- -C C t t =( =(1/β1/β) )lnln (1 + (1 +αβαβ t t) ) AssumeAssume αβαβt t 1 1 C C0 0- -C C t t =( =(1/β1/β) ) ln ln( (αβαβ) + () + (1/β1/β) ) lntlnt 一般應用在化學吸附一般應用在化學吸附( (chemisorption)chemisorption)動力,可以涵蓋動力,可以涵蓋 大範圍的數據資料,描述數種不同過程如大範圍的數據資料,描述數種不同過程如 bulk or surface diffusion, bulk or surface diffusion, activation or deactivation of catalytic surface, activation or deactivation of catalytic surface, chemisorption chemisorption β β可用來比較可用來比較 吸附速率吸附速率
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