本文關(guān)鍵詞：板栗殼吸附劑的制備及應用研究

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【摘要】：高速發(fā)展的工業(yè)進程使得環(huán)境污染尤其是重金屬污染成為全球化問題。由于重金屬污染物的種類和數(shù)量各不相同,治理難度通常較大。吸附法在重金屬處理技術(shù)中一直占有舉足輕重的地位,是常用的用于重金屬離子預處理和深度處理方法之一。傳統(tǒng)方法制備出來的吸附劑雖然效果好但對預處理要求高且原料價格居高不下,因此如何開發(fā)出廉價高效的吸附劑是當前環(huán)境工作者研究方向的一個熱點。我國是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國,農(nóng)、林產(chǎn)品種類繁多,由此產(chǎn)生的生物質(zhì)廢棄物亦數(shù)量巨大,板栗殼便是其中代表之一。由于來源廣,價格低廉。以板栗殼為原材料制備出相應的水處理吸附劑可一定程度上降低產(chǎn)品成本,因此具有一定的應用前景。本研究以板栗殼為原料制備一種高效的水處理吸附劑,通過化學法進行改性旨在增強其吸附性能,通過考察其制備和吸附重金屬離子過程中的影響因素,確定最終制備及最佳的吸附條件。實驗以水楊酸為改性劑,通過單因素實驗考察及正交優(yōu)化,確定以初始濃度為10mg/L含Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)溶液為處理對象的板栗殼吸附劑的最佳制備條件。其中,處理Cr(Ⅵ)溶液的最佳制備條件為:水楊酸濃度0.06 mol/L,反應30 min,固液比1:10;處理Cu(Ⅱ)溶液的最佳制備條件為:水楊酸濃度0.14 mol/L,反應時間30 min,固液比1:15;處理Ni(Ⅱ)溶液的最佳制備條件為:水楊酸濃度0.14 mol/L,反應時間30 min,固液比為1:30。經(jīng)此條件下改性的板栗殼處理后,初始濃度為10 mg/L的Cr(Ⅵ)、Ni(Ⅱ)廢水均可達到第一類污染物最高允許排放標準,Cu(Ⅱ)廢水可達到第二類污染物允許排放的三級標準。采用傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線能譜分析(EDS)、熱重分析(TGA)和Zeta電位分析等方法對改性后板栗殼進行了表征。結(jié)果表明:經(jīng)水楊酸改性后的板栗殼,表面沒有引入新官能團,但其結(jié)構(gòu)上酚羥基的數(shù)量有所增加;改性后板栗殼表面出現(xiàn)了許多孔穴狀結(jié)構(gòu),比表面積有所增大;板栗殼表面C、O、Ca三種元素含量由于水楊酸與板栗殼表面醇羥基發(fā)生了反應連接到了板栗殼表面而發(fā)生變化;水楊酸對板栗殼的改性導致了板栗殼熱穩(wěn)定性的降低且表面電位明顯升高�？疾旄男园謇鯕r(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)三種離子的單一吸附過程。結(jié)果表明:在投加量為8 g/L,初始pH為4,反應溫度25℃,反應時間為120 min時,對Cr(Ⅵ)的去除率達到99.9%;在投加量為10 g/L,初始pH為5,反應溫度25℃,反應時間為120 min時,對Cu(Ⅱ)的去除率達到88.0%;在投加量為10 g/L,初始pH為5,反應溫度25℃,反應時間為120 min時,對Ni(Ⅱ)的去除率達到92.3%。用擬二級動力學方程可以很好地對Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)在改性板栗殼上的單一吸附過程進行擬合,結(jié)果表明:對Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)單一吸附過程擬合的擬二級動力學線性方程分別為t/qt=0.0414t+0.5245、t/qt=0.053t+0.3411、t/qt=0.0515t+0.2422,對應的線性相關(guān)系數(shù)分別為0.9981、0.9943、0.9976�？疾炝烁男园謇鯕r(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)三種重金屬離子混合溶液的吸附過程。與單一離子吸附相比,混合溶液中,三種離子的去除率均有所降低,其中Cr(Ⅵ)降低最少,Cu(Ⅱ)降低幅度最大,三種離子在混合吸附中屬于競爭關(guān)系。競爭吸附的順序是:Cr(Ⅵ)Ni(Ⅱ)Cu(Ⅱ)。方程分別為:t/qt=0.0595t+0.2845、t/qt=0.0831t+0.4741、t/qt=0.0985t+0.5414。擬合的線性相關(guān)系數(shù)分別為。對應的方程的相關(guān)系數(shù)為:0.9991、0.9963和0.9967。以內(nèi)擴散模型對改性板栗殼對三種重金屬的吸附過程進行分析表明,改性板栗殼對三種重金屬的吸附并非一種擴散模型造成。根據(jù)熱力學分析結(jié)果,無論單獨吸附還是混合吸附,板栗殼對Cr(Ⅵ)的吸附過程均為吸熱反應,對Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的吸附過程均為放熱反應。
【關(guān)鍵詞】：改性板栗殼 水楊酸 Cr(Ⅵ) Cu(Ⅱ) Ni(Ⅱ) 吸附
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703;O647.33
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 重金屬的危害和來源13-14
• 1.2 重金屬廢水常用處理方法14-17
• 1.2.1 化學法14-15
• 1.2.2 生物法15
• 1.2.3 物化法15-17
• 1.3 重金屬廢水處理中吸附材料的應用17-19
• 1.3.1 活性炭17
• 1.3.2 沸石17-18
• 1.3.3 殼聚糖18
• 1.3.4 膨潤土18
• 1.3.5 農(nóng)林廢棄物18-19
• 1.4 農(nóng)林廢棄物吸附劑的應用與研究19-22
• 1.4.1 農(nóng)林廢棄物的應用19
• 1.4.2 農(nóng)林廢棄物的改性研究19-22
• 1.5 課題的研究目的與內(nèi)容22-25
• 1.5.1 研究目的22
• 1.5.2 研究內(nèi)容22-25
• 第2章 實驗材料、儀器及方法25-31
• 2.1 實驗材料25
• 2.1.1 吸附劑來源25
• 2.1.2 廢水來源25
• 2.2 實驗試劑與儀器25-26
• 2.2.1 實驗儀器25-26
• 2.2.2 實驗試劑26
• 2.3 實驗方法26-31
• 2.3.1 改性方法26-27
• 2.3.2 吸附方法27
• 2.3.3 重金屬離子濃度測定方法27-31
• 第3章 改性板栗殼的制備31-45
• 3.1 反應原理31
• 3.2 改性板栗殼的制備條件31-38
• 3.2.1 固液比對改性效果的影響31-33
• 3.2.2 水楊酸濃度對改性效果的影響33-34
• 3.2.3 反應時間改性效果的影響34-36
• 3.2.4 正交試驗及結(jié)果分析36-38
• 3.3 改性前后板栗殼去除率的對比38
• 3.4 表征38-42
• 3.4.1 紅外光譜分析（FT-IR）38-39
• 3.4.2 掃描電子顯微鏡分析（SEM）39-40
• 3.4.3 X-射線能譜分析（EDS）40-41
• 3.4.4 熱重分析（TGA）41
• 3.4.5 Zeta電位分析41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-45
• 第4章 改性板栗殼吸附重金屬離子45-73
• 4.1 單一吸附實驗45-58
• 4.1.1 改性板栗殼吸附重金屬離子的影響因素45-50
• 4.1.2 吸附過程熱力學50-54
• 4.1.3 吸附動力學54-58
• 4.2 混合吸附實驗58-69
• 4.2.1 改性板栗殼吸附混合離子的影響因素58-63
• 4.2.2 吸附熱力學63-66
• 4.2.3 吸附動力學66-69
• 4.3 改性板栗殼的再生及重復利用實驗69-71
• 4.3.1 改性板栗殼單獨吸附Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)三種離子的重復利用69-70
• 4.3.2 改性板栗殼的解吸再生實驗70-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-75
• 參考文獻75-81
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文81-83
• 致謝83

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本文編號：1027531