白癜风治疗体系与技术 http://www.pfzhiliao.com/四川大学刘百仓教授团队近期于期刊ChemicalEngineeringJournalAdvances发表题为《页岩气废水回用技术：采用多孔生物炭气凝胶高效吸附废水中有机物和离子作为超滤预处理工艺》的文章。该文章的第一作者为硕士研究生尚伟，通讯作者为刘百仓教授。合作单位有中国石油川庆钻探工程有限公司和美国科罗拉多州立大学。
1.研究亮点
（1）首次采用新型吸附剂生物炭气凝胶（PBA）处理页岩气废水。PBA具有非常高效快速的吸附性能：30min吸附时间内，可去除高达52.5%溶解性有机碳（DOC），是活性炭（PAC）的2.1倍。
（2）PBA吸附过程中，各离子存在竞争吸附效应。值得注意的是PBA对大部分一价离子的去除率较PAC有大幅度提升，如对Li+Na+,Cl,Br,F的去除率分别是PAC的3.8倍、3.5倍、2.5倍、1.9倍和1.8倍。
（3）PBA吸附—超滤（UF）工艺对四川页岩区的页岩气压裂返排液（FPW）进行了可靠的处理，获得可用于内部回用的高质量出水。PBA在处理FPW的领域中具有巨大潜能。
2.文章简介
页岩气开采过程中产生大量含高盐度和复杂有机物的压裂返排液，如何经济高效地处理和回用这些废水是一个巨大挑战。我们在之前的工作中已经证实了粉末活性炭（PAC）-超滤（UF）预处理用于FPW回用的可行性。为进一步提高吸附效率，本研究首次将多孔生物炭气凝胶吸附剂应用于页岩气废水处理领域。由壳聚糖在碱性溶液中合成的PBA具有三维多孔结构和丰富的官能团。PBA制备和使用前后的SEM照片如图1所示，它的BET比表面积为.18m2/g，总孔体积为1.16cm3/g，平均孔径为3.26nm。我们发现PBA具有非常快速高效的吸附性能，在FPW的吸附处理中，DOC的去除率在30分钟内达到52.5%，是PAC的2.1倍（图2）。PBA吸附FPW中的DOC遵循Freundlich等温模型和伪二级动力学模型。
图1.（A）PBA的制备和孔径分布的示意图；（B）吸附前PBA的SEM照片；（C）吸附后PBA的SEM照片。
图2.（A）Freundlich和Langmuir模型拟合；（B）Temkin模型拟合；（C）DOC吸附去除率随时间变化图；（D）PBA和PAC吸附DOC的伪二级动力学模型。
PBA吸附预处理可使超滤膜污染减少46.8%。如图3，经过PBA处理后，超滤膜总污染指数（TFI）从15.8m-1降至8.4m-1；水力不可逆污染指数（HIFI）从13.1m-1降至6.7m-1。而且我们发现PBA与PAC预处理对UF膜污染机理不同。PAC吸附预处理时，造成UF膜污染的主要原因是水中杂质。PBA的高效吸附性可有效去除FPW中的杂质以减轻UF膜结垢，但其较差的沉降性导致更多的吸附剂附着在UF膜表面，这是PBA预处理导致膜污染的主要原因。
图3.（A）超滤膜跨膜压差（TMP）的增长趋势和（B）污染指数（FI）的变化图
不同吸附预处理联合UF工艺处理出水中一般污染物的去除情况如图4所示。当PAC吸附FPW原水有时，DOC去除率为24.69%,UV去除率为60.29%。而当用PBA吸附FPW时，DOC、UV的去除率大大提高，分别为52.52%和70.97%。意味着PBA对FPW中有机物的去除效果明显强于PAC。“PBA吸附-超滤”处理工艺和“PAC吸附-超滤”处理工艺对于浊度的去除均在99%以上，满足回用标准。总之，将吸附剂PAC换为PBA后，可使吸附时间从2h缩短到30min，而且将DOC、UV去除率大幅度提升，同时，保证了出水浊度基本不受影响，这突出了PBA快速高效吸附的优越性，在UF工艺预处理吸附领域是一个十分有意义的发现。为了进一步研究PBA对离子吸附的效果，我们检测了其对Cl,Br,F,NO2,Li+Na+,K+,SO42+NH4+,Ca2+,Mg2+,Ba2+,Sr2+离子的去除率，并与PAC吸附后的离子去除率进行对比。结果发现，PBA对FPW中的一价离子有更好的吸附效果，这和PBA特殊的孔隙结构和官能团有关。关于PBA对FPW中离子的竞争吸附效应之前没有相关报道，所以本研究对以后PBA吸附处理FPW工艺具有重要参考意义。
图4.不同处理下污染物的去除效果，（A）DOC；（B）UV；（C）浊度；（D）各种离子
3.原文信息
原文链接：
