本文關(guān)鍵詞：水葫蘆生物碳的制備表征及對鎘的吸附性能研究

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【摘要】：本文以水葫蘆為研究對象,制備成不同碳化溫度的水葫蘆碳,使用化學(xué)分析方法和光譜表征技術(shù)分析水葫蘆碳的組成結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性能;重點研究了水葫蘆碳吸附重金屬鎘的性能和機理,搞清不同裂解溫度生物碳對鎘的快慢吸附過程;探討了灰分對水葫蘆碳吸附鎘的影響。通過研究,為水葫蘆碳在吸附重金屬方面的應(yīng)用提供了重要的理論基礎(chǔ)。這給當(dāng)前面臨的兩大水環(huán)境難題:水葫蘆泛濫和水體重金屬污染,提供了新的解決途徑。主要結(jié)論如下:(1)水葫蘆生物碳對鎘的吸附能力:各種溫度下制備所得生物碳均有較強吸附能力,去除率最高99.24%,平均94.71%�？紤]節(jié)能因素,300℃制備所得水葫蘆碳性價比最高。與其他生物碳(稻桿、玉米秸稈等生物碳需要500℃以上)相比,保持高去除率的前提下,水葫蘆碳制備溫度較低,從而有利于節(jié)能。(2)產(chǎn)率:WH300(WH表示水葫蘆生物碳,后綴數(shù)字表示制備溫度,下同)產(chǎn)率最高46.59%,WH700產(chǎn)率最低28.20%,制備溫度增加,產(chǎn)率下降。(3)pH值:制備溫度增加,pH值上升,WH300的pH值最低(7.98),WH700的pH值最高(11.54)。(4)灰分、比表面積等:WH300灰分含量最低15.89%,WH700灰分含量最高37.25%,制備溫度增加,灰分含量上升;隨溫度升高碳的芳香性增加、極性減小、親水性下降,比表面積和總孔體積不斷增加,逐漸向微孔轉(zhuǎn)化,至發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)。(5)Cd吸附機制:對鎘的吸附動力學(xué)模型屬于準(zhǔn)二級動力學(xué)模型;鎘與WH300主要是與表面堿性官能團(羥基、羧基及羰基等)發(fā)生絡(luò)合作用,鎘與WH500及WH700主要是與礦物組分(灰分)生成沉淀化合物;當(dāng)pH值逐漸增加,水葫蘆碳對鎘的去除率提高;對鎘的等溫吸附線屬Langmuir型。(6)水葫蘆碳不需要去除灰分:WH300、WH500和WH700的平均去除率為:94.15%、93.51%和96.46%,去灰分后,DWH300、DWH500和DWH700的平均去除率為:96.41%、53.10%和21.35%,DWH500與DWH700的去除率比去灰分前下降43.22%和77.86%。水葫蘆碳吸附重金屬鎘具有較高的去除率,表明水葫蘆碳對重金屬鎘有良好去除效果,并且表明在較低溫度下也能夠制備得到吸附性能良好的水葫蘆生物碳;水葫蘆碳去除灰分后去除效果下降,在實際應(yīng)用中,可以省卻去灰分工序,從而節(jié)約成本。
【關(guān)鍵詞】：水葫蘆 生物碳 制備 表征 鎘
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X52;O647.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 研究背景及意義11-16
• 1.1.1 研究背景11-15
• 1.1.1.1 水環(huán)境污染11
• 1.1.1.2 水葫蘆泛濫11-13
• 1.1.1.3 水體重金屬污染13-15
• 1.1.2 研究意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-25
• 1.2.1 生物碳的起源及定義18-19
• 1.2.2 生物碳吸附重金屬的機制19-21
• 1.2.2.1 生物碳對重金屬離子的物理吸附20
• 1.2.2.2 生物碳對重金屬離子的離子交換與陽離子-π 作用20
• 1.2.2.3 生物碳對重金屬離子的絡(luò)合或化學(xué)沉淀20-21
• 1.2.3 生物碳吸附重金屬的影響因素21-25
• 1.2.3.1 生物碳的性狀21-23
• 1.2.3.2 生物碳的添加量23
• 1.2.3.3 溶液的pH值23-24
• 1.2.3.4 溶液的溫度24
• 1.2.3.5 吸附時間24-25
• 1.2.3.6 溶液中的輕金屬離子25
• 1.2.3.7 溶液中重金屬離子的起始濃度25
• 1.3 技術(shù)路線25-28
• 第二章 水葫蘆生物碳的制備與結(jié)構(gòu)表征28-49
• 2.1 試驗材料及方法28-29
• 2.1.1 試驗材料及儀器28-29
• 2.1.2 水葫蘆生物碳的制備方法29
• 2.2 水葫蘆生物碳結(jié)構(gòu)性能表征29-31
• 2.2.1 水葫蘆生物碳的產(chǎn)量測定30
• 2.2.2 水葫蘆生物碳灰分含量的測定30
• 2.2.3 水葫蘆生物碳pH值的測定30
• 2.2.4 熱重分析30
• 2.2.5 元素分析30-31
• 2.2.6 比表面積和孔徑分析31
• 2.2.7 紅外光譜分析31
• 2.2.8 X射線衍射分析31
• 2.2.9 掃描電鏡分析31
• 2.3 結(jié)果與討論31-47
• 2.3.1 水葫蘆生物碳制備技術(shù)門檻31-32
• 2.3.2 水葫蘆生物碳產(chǎn)率和灰分含量32-35
• 2.3.3 水葫蘆生物碳pH值35
• 2.3.4 水葫蘆熱重分析35-38
• 2.3.5 水葫蘆生物碳元素分析38-40
• 2.3.6 水葫蘆生物碳比表面積和孔徑分析40-41
• 2.3.7 水葫蘆生物碳紅外光譜圖41-45
• 2.3.8 水葫蘆生物碳X射線衍射圖45-46
• 2.3.9 水葫蘆生物碳掃描電鏡圖46-47
• 2.4 本章小結(jié)47-49
• 第三章 水葫蘆生物碳對鎘的吸附試驗研究49-61
• 3.1 試驗材料與方法49-51
• 3.1.1 試驗材料及儀器49-50
• 3.1.2 試驗方法50-51
• 3.1.2.1 水葫蘆生物碳樣品的制備50
• 3.1.2.2 吸附動力學(xué)試驗50
• 3.1.2.3 動力學(xué)過程中pH值的測定50
• 3.1.2.4 pH值對水葫蘆生物碳吸附鎘的影響試驗50-51
• 3.1.2.5 等溫吸附試驗51
• 3.2 結(jié)果與討論51-60
• 3.2.1 濃度設(shè)定依據(jù)51-52
• 3.2.2 水葫蘆生物碳對鎘的吸附動力學(xué)52-54
• 3.2.3 吸附動力學(xué)過程pH值的變化54-56
• 3.2.4 pH對水葫蘆生物碳吸附Cd性能的影響56-57
• 3.2.5 等溫吸附曲線57-60
• 3.3 本章小結(jié)60-61
• 第四章 灰分對水葫蘆生物碳吸附鎘的影響61-75
• 4.1 試驗部分62-64
• 4.1.1 試驗材料及儀器62-63
• 4.1.2 試驗方法63-64
• 4.1.2.1 酸處理水葫蘆生物碳樣品的制備63
• 4.1.2.2 酸處理后樣品的表征63
• 4.1.2.3 吸附效果試驗63-64
• 4.1.2.4 pH值對吸附鎘的影響試驗64
• 4.1.2.5 等溫吸附試驗64
• 4.2 結(jié)果與討論64-73
• 4.2.1 去灰分前后水葫蘆生物碳樣品的結(jié)構(gòu)特征64-66
• 4.2.2 去灰分前后水葫蘆生物碳對鎘的去除效果對比66-69
• 4.2.3 不同pH值對吸附的影響69-71
• 4.2.4 等溫吸附曲線71-72
• 4.2.5 吸附機制和灰分的貢獻率72-73
• 4.3 本章小結(jié)73-75
• 第五章 研究結(jié)論及建議75-78
• 5.1 結(jié)論75-76
• 5.2 特色與創(chuàng)新76-77
• 5.3 存在問題與建議77-78
• 參考文獻78-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果89-91
• 致謝91-92
• 答辯委員會對論文的評定意見92

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