Activated carbon filtration of electrolyte solutions
Nieminen, Junnu (2021)
Diplomityö
Nieminen, Junnu
2021
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021121460316
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021121460316
Tiivistelmä
The purpose of this thesis was to study activated carbon filtration. In the literature part, the properties and applications of activated carbon and basic principles of activated carbon filtration were studied. The study of activated carbon properties focused on the structure, preparation method, adsorption and regeneration of activated carbons. The investigation of activated carbon filtration introduced the basics of filtration processes as well as the general process parameters. In addition to activated carbon, the literature part also investigated the properties and possible applications of biochar.
The focus of the experimental part was to study the purification of electrolyte solutions by activated carbon filtration. In metal extraction processes, organic extractants often remain in the process streams and need to be removed. The aim of the filtration tests was to investigate how effectively activated carbons remove organic matter from electrolyte solutions. Biochar was tested as an alternative filtration material in the electrolyte filtration experiments. The experimental part also studied the filtration of mining wastewater, where the ability of activated carbon to separate anions and toxic metals from wastewater was investigated. In addition to filtration, the wastewater treatment was subjected to an adsorption test, where the abilities of activated carbon and biochar to adsorb anions and toxic metals were investigated.
With activated carbon, the average concentration of organic matter in the electrolyte filtration experiments was 5 mg / l, when the organic matter content of the feed stream was about 50 mg / l. Biochar removed organic matter averagely less than activated carbon. In wastewater filtration, activated carbon removed anions poorly. Based on the wastewater adsorption experiment, activated carbon adsorbs toxic metals more effectively than anions. Biochar adsorbed anions and toxic metals less effectively than activated carbon. Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia aktiivihiilisuodatusta. Kirjallisessa osassa tutkittiin aktiivihiilen ominaisuuksia sekä käyttökohteita ja aktiivihiilisuodatuksen pääperiaatteita. Aktiivihiilen ominaisuuksista tutkittiin rakenteita, valmistustapoja, adsorptiota sekä regenerointia. Aktiivihiilisuodatuksen tutkimuksessa keskityttiin suodatusprosessien perusteisiin sekä yleisiin prosessiparametreihin. Aktiivihiilen lisäksi kirjallisessa osassa tutkittiin biohiilen ominaisuuksia sekä mahdollisia käyttökohteita.
Kokeellisen osan pääpaino oli tutkia elektrolyyttiliuosten puhdistamista aktiivihiilisuodatuksella. Metallien uuttoprosesseissa prosessivirtoihin jää usein orgaanisia uuttoaineita, joita pitää suodattaa pois. Suodatuskokeiden tavoite oli tutkia kuinka tehokkaasti aktiivihiili poistaa orgaanista ainetta elektrolyyttiliuoksista. Biohiiltä kokeiltiin vaihtoehtoisena suodatusmateriaalina elektrolyyttiliuosten suodatuskokeissa. Kokeellisessa osassa tutkittiin myös kaivosteollisuuden jäteveden suodatusta, missä oli tarkoitus selvittää aktiivihiilen kykyä erottaa anioneja ja raskasmetalleja jätevedestä. Jäteveden puhdistukselle suoritettiin suodatuksen lisäksi adsorptiokoe, missä tutkittiin aktiivihiilen ja biohiilen kykyä adsorboida anioneja ja raskasmetalleja.
Aktiivihiilellä saavutettiin keskimääräisesti elektrolyyttiliuoksen suodatuskokeissa orgaanisen aineen pitoisuudeksi 5 mg/l, kun syöttövirran orgaanisen aineen pitoisuus oli noin 50 mg/l. Biohiilellä saatiin erotettua keskimääräisesti vähemmän orgaanista ainetta kuin aktiivihiilellä. Jätevesisuodatuksessa aktiivihiili poisti erittäin heikosti anioneja. Jäteveden adsorptiokokeen perusteella aktiivihiili adsorboi raskasmetalleja tehokkaammin kuin anioneja. Biohiili adsorboi kokeiden perusteella jätevedestä heikommin anioneja ja raskasmetalleja kuin aktiivihiili.
The focus of the experimental part was to study the purification of electrolyte solutions by activated carbon filtration. In metal extraction processes, organic extractants often remain in the process streams and need to be removed. The aim of the filtration tests was to investigate how effectively activated carbons remove organic matter from electrolyte solutions. Biochar was tested as an alternative filtration material in the electrolyte filtration experiments. The experimental part also studied the filtration of mining wastewater, where the ability of activated carbon to separate anions and toxic metals from wastewater was investigated. In addition to filtration, the wastewater treatment was subjected to an adsorption test, where the abilities of activated carbon and biochar to adsorb anions and toxic metals were investigated.
With activated carbon, the average concentration of organic matter in the electrolyte filtration experiments was 5 mg / l, when the organic matter content of the feed stream was about 50 mg / l. Biochar removed organic matter averagely less than activated carbon. In wastewater filtration, activated carbon removed anions poorly. Based on the wastewater adsorption experiment, activated carbon adsorbs toxic metals more effectively than anions. Biochar adsorbed anions and toxic metals less effectively than activated carbon.
Kokeellisen osan pääpaino oli tutkia elektrolyyttiliuosten puhdistamista aktiivihiilisuodatuksella. Metallien uuttoprosesseissa prosessivirtoihin jää usein orgaanisia uuttoaineita, joita pitää suodattaa pois. Suodatuskokeiden tavoite oli tutkia kuinka tehokkaasti aktiivihiili poistaa orgaanista ainetta elektrolyyttiliuoksista. Biohiiltä kokeiltiin vaihtoehtoisena suodatusmateriaalina elektrolyyttiliuosten suodatuskokeissa. Kokeellisessa osassa tutkittiin myös kaivosteollisuuden jäteveden suodatusta, missä oli tarkoitus selvittää aktiivihiilen kykyä erottaa anioneja ja raskasmetalleja jätevedestä. Jäteveden puhdistukselle suoritettiin suodatuksen lisäksi adsorptiokoe, missä tutkittiin aktiivihiilen ja biohiilen kykyä adsorboida anioneja ja raskasmetalleja.
Aktiivihiilellä saavutettiin keskimääräisesti elektrolyyttiliuoksen suodatuskokeissa orgaanisen aineen pitoisuudeksi 5 mg/l, kun syöttövirran orgaanisen aineen pitoisuus oli noin 50 mg/l. Biohiilellä saatiin erotettua keskimääräisesti vähemmän orgaanista ainetta kuin aktiivihiilellä. Jätevesisuodatuksessa aktiivihiili poisti erittäin heikosti anioneja. Jäteveden adsorptiokokeen perusteella aktiivihiili adsorboi raskasmetalleja tehokkaammin kuin anioneja. Biohiili adsorboi kokeiden perusteella jätevedestä heikommin anioneja ja raskasmetalleja kuin aktiivihiili.