【摘要】：以污泥和香蕉皮為原料,通過熱解技術(shù)制備混合廢料生物炭(MWBC)。分別采用正交試驗(yàn)、儀器分析(包括表面微觀形貌、紅外光譜、比表面積及孔徑、Zeta電位以及pH值)以及吸附實(shí)驗(yàn)的方法對MWBC的制備、微觀特征、對重金屬離子(以Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)為例)的吸附效果進(jìn)行了研究,探究了MWBC對Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué),并結(jié)合MWBC的物理化學(xué)性質(zhì)對MWBC的吸附機(jī)理進(jìn)行了探究。MWBC的制備條件為:污泥和香蕉皮的質(zhì)量配比為1:1,熱解溫度400℃,升溫速率15℃·min~(-1),終溫停留時(shí)間2 h。MWBC性征如下:(1)具有復(fù)雜的片層狀和球形結(jié)構(gòu),表面疏松多孔,且存在較多的礦物成分;(2)含有豐富的表面官能團(tuán),例如烷烴、醇羥基、芳香族類官能團(tuán)等;(3)比表面積為3.539 m~2·g~(-1),平均孔徑31.4 nm,多為中孔結(jié)構(gòu),且存在狹縫孔結(jié)構(gòu);(4)Zeta電位為-43.9 mV,對重金屬離子有較強(qiáng)的靜電吸附作用;(5)pH值為9.6,呈堿性。MWBC吸附效果如下:(1)一定的時(shí)間段內(nèi),隨著時(shí)間的增加,MWBC對Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的去除率均不斷升高,在120min時(shí)的去除率分別為94.32%、79.86%、86.67%,吸附容量分別為37.51 mg·g~(-1)、32.1 mg·g~(-1)、34.8 mg·g~(-1),動(dòng)力學(xué)分析表明MWBC對Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的吸附行為符合偽二級動(dòng)力學(xué)模型;(2)隨重金屬離子初始濃度的增加,MWBC對上述三種重金屬離子的去除率均下降,但是對Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附容量上升,對Zn~(2+)的吸附容量先上升再下降,吸附等溫線分析表明MWBC對Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的吸附行為符合Langmuir等溫吸附模型,表明該吸附過程以單分子層吸附為主;(3)MWBC對Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附所對應(yīng)的活化能分別為47.378 KJ·mol~(-1)和61.814 KJ·mol~(-1),均大于40 KJ·mol~(-1),擬合結(jié)果表明MWBC對Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附行為屬于化學(xué)吸附。綜合以上,MWBC的吸附機(jī)理包括以下三個(gè)方面:(1)MWBC表面官能團(tuán)的絡(luò)合作用;(2)MWBC表面礦物質(zhì)的共沉淀作用;(3)MWBC表面負(fù)電荷的靜電吸附作用。
【圖文】：

、鉛 100 μg·mL-1、鋅 100 μg·mL-1，，再利用稀釋后的標(biāo)準(zhǔn)液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線用稀釋后標(biāo)準(zhǔn)液的體積與濃度見表 2.4。表 2.3 重金屬對應(yīng)分析波長和火焰類型金屬類型 分析波長（nm） 火焰類型銅 324.7乙炔-空氣，氧化型鉛 283.3鋅 213.8表 2.4 標(biāo)準(zhǔn)液的體積與濃度稀釋后標(biāo)準(zhǔn)液體積（mL） 0 0.50 1.00 3.00 5.00 1曲線金濃度g·L-1）銅 0 0.50 1.00 3.00 5.00 1鉛 0 0.50 1.00 3.00 5.00 1鋅 0 0.50 1.00 3.00 5.00 1制的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖 2.1。

30圖 3.1 SBC、BBC、MWBC 和 MWBC-h 四種生物炭掃描電鏡圖像圖 3.1 分別顯示了 SBC、BBC、MWBC 和 MWBC-h 的掃描電鏡圖像。由圖可以看出：SBC 顆粒較大，表面光滑且存在少量的顆粒物，孔隙結(jié)構(gòu)少，材質(zhì)緊實(shí)；BBC 表面顆粒物質(zhì)少，具有較大的孔隙結(jié)構(gòu)，但是孔結(jié)構(gòu)的數(shù)目較少，而且大都?xì)埲辈蝗�，孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部光滑；MWBC 表面比較粗糙，材質(zhì)疏松，具有球狀和片層狀結(jié)構(gòu)，球狀結(jié)構(gòu)的存在說明 MWBC 表面可能存在硅酸鹽類物質(zhì)，片層狀結(jié)構(gòu)以及相對于 SBC 來說較多的孔隙結(jié)構(gòu)存在，提高了 MWBC 的比表面積，另外 MWBC 表面顆粒增多，是原料經(jīng)過熱解之后產(chǎn)生的灰分，以及原料本身含有的礦物成分和鹽類物質(zhì)；MWBC-h 相對于MWBC 來說擁有更加明顯的孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積更大，表面顆粒物質(zhì)減少，材質(zhì)更加疏松，這是由于酸洗過后，灰分、礦物成分和鹽類物質(zhì)被沖洗待凈，導(dǎo)致原本被堵塞的
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703

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本文編號：2672679