發(fā)布時間：2020-09-21 14:22

　　 生物炭是利用生物質(zhì)作為原料在厭氧或限氧條件下,通過熱解(一般低于700℃)而最終得到的一種固態(tài)富炭物質(zhì)。近年來,由于其制備方法簡單,制備原料來源廣泛,對水溶液中重金屬離子去除效果顯著,越來越受到人們的關(guān)注。但由于生物炭作為一種粉末狀的固態(tài)富炭物質(zhì),在去除水溶液中重金屬離子的過程中,存在吸附后難以從水溶液中分離的問題。單純的賦磁,雖然能解決其從水溶液中再分離的問題,但由于磁化后的生物炭材料,原本高效的吸附性能會由于磁化作用而降低,因而限制了生物炭作為高效去吸附材料得廣泛應(yīng)用�；谏锾吭趶U水處理應(yīng)用中的問題,本研究首先選擇來源廣泛的農(nóng)業(yè)固體廢棄物小麥秸稈、玉米骨、玉米秸稈為生物質(zhì)原料,制備與改性生物炭吸附劑,并探求了此吸附劑對重金屬Cd2+與Cu2+的吸附性能。論文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)利用玉米秸稈作為制備原料,在不同熱解溫度(300℃、400℃、500℃和700℃)下制備了生物炭并對其進行了特征表征,其中,玉米秸稈生物炭的含碳量隨著溫度的升高而逐漸降低,同時其灰分含量也伴隨著溫度的升高而顯著提高;玉米秸稈生物炭的比表面積和總孔隙體積隨著溫度的升高而增大,其pH值也隨著溫度的升高而增高;玉米秸稈生物炭的表面形態(tài),伴隨著溫度的逐漸提升,其多層結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)愈加完善;隨著溫度的增高玉米秸稈生物炭的脂肪性C-C鍵逐漸減弱乃至消失,而芳香性C=C鍵卻逐漸增強;玉米秸稈中的纖維素和半纖維素會隨著溫度的逐漸升高而逐漸熱解,最終形成無定型結(jié)構(gòu)的生物炭。明確了不同溫度下制備生物炭對水溶液中銅和鎘的吸附能力,其中BC700對銅和鎘的去除能力分別為117.63 mg/g、110.76 mg/g。初步制備了具有高效吸附能力的生物炭吸附劑。(2)對制備的生物炭吸附機理的進行了初步分析。生物炭對重金屬吸附前后,掃描電鏡中生物炭表面難溶物出現(xiàn);在重金屬吸附前后,紅外光譜中芳香性的C=O鍵、O-H鍵以及芳香性C=C鍵都發(fā)生了明顯的位置變化。得出了生物炭對水溶液中重金屬的去除機理是生物炭的孔隙吸附和基于生物炭表面官能團的共沉淀和表面絡(luò)合作用。(3)對高效吸附的生物炭進行改性,通過對生物炭進行殼聚糖和磁性鐵的包覆,制備具備高效吸附能力的磁性生物炭吸附劑,并通過化學(xué)分析方法和光譜表征技術(shù),對原始生物炭材料和改性生物炭材料進行了樣品的組成結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)特性分析,明確了材料的基本組成和基本特性,進而探討了其吸附機理。通過對700℃下制得的生物炭進行覆磁與殼聚糖包覆,制得了一種對水溶液中Cd2+與Cu2+具有高效去除能力,同時方便從水溶液中回收,避免造成二次污染的高效吸附劑材料生物炭-殼聚糖-鐵(CC-Fe)。對制備的吸附劑的熱力學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)進行擬合,其中生物炭對Cu2+的吸附等溫線更好的擬合Langmuir模型;而對于Cd2+的吸附等溫線,其數(shù)據(jù)則更好的擬合了Freundlich模型。隨著溫度的升高,其吸附數(shù)據(jù)的擬合度也隨著增高。BC700不論對Cu2+,還是對Cd2+,都具有最高的去除效率;生物炭-殼聚糖(CC)和生物炭-殼聚糖-鐵(CC-Fe)的吸附過程主要是Langmuir表面吸附過程,而生物炭-鐵(C-Fe)的基本沒有對水溶液中Cu2+和Cd2+的吸附能力;BC700和CC-Fe對Cd2+的吸附動力學(xué)數(shù)據(jù)更好的擬合擬一級動力學(xué)方程,而對Cu2+的吸附動力學(xué)數(shù)據(jù)則能同時符合擬一級、二級動力學(xué)方程。
【學(xué)位單位】：濟南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：O647.3;X703

【參考文獻】

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1 YIN Yun-feng;HE Xin-hua;GAO Ren;MA Hong-liang;YANG Yu-sheng;;Effects of Rice Straw and Its Biochar Addition on Soil Labile Carbon and Soil Organic Carbon[J];Journal of Integrative Agriculture;2014年03期

本文編號：2823597