發(fā)布時(shí)間：2017-12-28 07:06

  本文關(guān)鍵詞：不同載氣條件及改性對生物炭物化性質(zhì)及吸附硝氮性能影響研究　出處：《西南交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 生物炭 制備條件 磁化 硝氮 吸附試驗(yàn)

【摘要】：由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥農(nóng)藥的過量施用和較低的利用率,以及工業(yè)和生活廢水的排放,硝氮已經(jīng)成為水體富營養(yǎng)化和非點(diǎn)源污染的重要污染物。有研究表明,硝氮濃度的增加對人體健康構(gòu)成潛在威脅,過量硝氮還會造成動(dòng)植物急性中毒、病蟲害等影響。傳統(tǒng)去除水體中硝氮的方法主要分為生物法和物理—化學(xué)法。生物法經(jīng)濟(jì)有效且環(huán)保,但過程緩慢,處理時(shí)間長;物理—化學(xué)方法包括反滲透、電滲析、離子交換、吸附等,其中吸附法受到廣泛關(guān)注,而當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一是尋找一種高效、經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的吸附劑。生物炭,也稱生物質(zhì)炭,是指生物質(zhì)原材料(如秸稈、糞便、花生殼等)在限氧環(huán)境下,經(jīng)一定的溫度(一般低于700℃)熱解產(chǎn)生的多孔富碳固體。因生物炭具有含碳量高、比表面積較大、表面負(fù)電荷較多以及電荷密度較高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特性,近年來被廣泛應(yīng)用于去除及治理各領(lǐng)域污染物。然而,生物炭的性質(zhì)主要取決于原料來源和制備條件,如溫度和載氣條件,載氣條件主要以氮?dú)�、氦氣等惰性氣體為主,探索CO2作為載氣用于制備生物炭方面的相應(yīng)研究則明顯偏少。同時(shí),生物炭施加到水體環(huán)境中具有固液分離難的缺點(diǎn),有造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。磁性生物炭作為一種節(jié)能環(huán)保且易回收利用的吸附材料,用來處理含硝氮廢水具有一定的研究意義。因此,為更好的理解CO2等載氣條件改變與熱解溫度對生物炭的影響,本文考察了N2和CO2兩種載氣及不同熱解溫度下制備的花生殼生物炭,在物化性質(zhì)上的差異,及其對水體中硝氮的吸附性能的影響。同時(shí),將制備好的以N2為載氣的生物炭清洗后利用Fe3+/Fe2+溶液混合改性,將生物炭磁化,對制備的磁性生物炭復(fù)合材料進(jìn)行表征分析(電鏡掃描、紅外光譜、X射線、元素分析、比表面積等),并探討了磁性生物炭吸附水體中硝氮的吸附性能。研究結(jié)果表明:隨溫度升高,生物質(zhì)炭化更充分,比表面積更大;CO2載氣條件下生物炭的零電荷點(diǎn)提升速率(9～20%)約為N2氣氛的2倍(6～10%);700℃時(shí),CO2載氣條件下生物質(zhì)被氣化造成C損失,且O元素被明顯引入生物炭中形成新的C-O鍵;改性之后生物炭的零電荷點(diǎn)、比表面積明顯增大;吸附動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)表明,生物炭對硝氮吸附能力均較弱,內(nèi)擴(kuò)散,靜電吸附等共同作用于吸附過程,且N2載氣條件制備的生物炭的硝氮吸附性能優(yōu)于CO2載氣條件20%以上;此種方法改性之后生物炭對硝氮吸附能力大大減弱。
[Abstract]:Because of the over application and low utilization rate of chemical fertilizers and the discharge of industrial and domestic wastewater, nitrate has become an important pollutant of eutrophication and non-point source pollution. Some studies have shown that the increase of nitrate concentration poses a potential threat to human health. Excessive nitrate can also cause acute intoxication, disease and insect pests of animals and plants. The traditional methods of removing nitrate in water are mainly divided into biological and physical - chemical methods. Biological method is economical and effective environmental protection, but the process is slow, long processing time; physical and chemical methods including reverse osmosis and electrodialysis, ion exchange, adsorption, the adsorption method has attracted wide attention, and the focus of current research is to find an efficient, economic and environmentally friendly adsorbent. Biochar, also known as biochar, refers to porous carbon rich solids produced by pyrolysis of biomass raw materials (such as straw, feces, peanut shells, etc.) under certain oxygen temperatures (usually below 700 degrees). Biochar is widely used to remove and control pollutants in various fields because of its high carbon content, large specific surface area, high surface negative charge, high charge density and strong stability. However, the properties of biochar are mainly determined by the source and preparation conditions of raw materials, such as temperature and carrier gas conditions. The carrier gas conditions are mainly inert gases such as nitrogen and helium. The study of CO2 as carrier gas for preparing biochar is less. At the same time, the application of biological carbon to the water environment has the disadvantage of solid and liquid separation, and there is a risk of two pollution. As a kind of energy saving and recyclable adsorption material, magnetic biological carbon has a certain research significance for the treatment of nitrogenous nitrogen wastewater. Therefore, for a better understanding of CO2 carrier gas conditions change and pyrolysis temperature on the effects of biochar, this paper investigates the N2 and CO2 two kinds of carrier gas and different pyrolysis temperatures of peanut shell biochar preparation, in the physical and chemical nature of differences, and adsorption properties of nitrate in water influence. At the same time, will be prepared with N2 as the biological carbon carrier gas after cleaning by Fe3+/Fe2+ solution mixing modification, biological carbon magnetization, to characterize the magnetic biological carbon composite material (scanning electron microscopy, infrared spectroscopy, X ray diffraction, elemental analysis, specific surface area), and discusses the adsorption the performance of nitrate magnetic adsorption of biochar in water. The results show that with the increasing of temperature, the biomass carbonization more fully, more than the surface area; the point of zero charge biological carbon carrier gas CO2 under the condition of improvement rate (9 ~ 20%) is about 2 times of the N2 atmosphere (6 ~ 10%); 700 DEG C, CO2 carrier gas under the condition of the biomass was caused by gasification C the loss of O element is introduced, and the obvious C-O bond to form a new biological activated carbon; modification of zero point of charge, biochar significantly increases the surface area; adsorption kinetics and thermodynamics, biological activated carbon on nitrate nitrogen adsorption capacity are weak, internal diffusion, electrostatic adsorption interaction in the adsorption process of nitrate nitrogen the adsorption performance is better than that of CO2 and N2 in biological carbon carrier gas prepared by the carrier gas conditions above 20%; the method of modification of biochar on nitrogen adsorption capacity decreased greatly.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X703

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本文編號：1345041