【摘要】：論文利用農(nóng)業(yè)廢棄物稻稈為原料,對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性以及利用復(fù)合菌系進(jìn)行生物改性,制備染料吸附劑。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的靜態(tài)實(shí)驗(yàn),采用多種分析方法研究改性前后稻稈的比表面積、結(jié)構(gòu)形貌、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素成分等物理結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì),以及pH值、吸附劑投加量、初始濃度和溫度對(duì)稻稈吸附劑處理亞甲基藍(lán)染料溶液的吸附性能影響,建立吸附熱力學(xué)及吸附動(dòng)力學(xué)模型。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下: 1.稻稈化學(xué)及生物改性后物理結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)的變化。采用多種儀器及分析方法對(duì)改性前后稻稈的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征,結(jié)果表明,稻稈經(jīng)化學(xué)及生物改性后,失重率都不同程度的增加,其中,堿化稻稈生物改性后的失重率最高,達(dá)47.3%。稻桿改性后的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量也都發(fā)生明顯變化,堿化稻稈生物改性后的半纖維素降解率也最高,從21.3%降至0.9%。改性后,稻桿的色澤變淺,纖維明顯變細(xì),質(zhì)地變得柔軟。而且,經(jīng)生物改性后,稻稈孔隙增多,微孔結(jié)構(gòu)得到改善,比表面積增大,稻桿經(jīng)超聲生物改性后,比表面積由3.9 m2/g增加到6.9m2/g。稻桿改性后,化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,纖維素、半纖維素與木質(zhì)素之間連接的氫鍵被打斷,-OH、-COOH、-OCH等基團(tuán)游離,含量增加。 2.化學(xué)及生物改性稻桿的吸附性能。用改性稻桿吸附亞甲基藍(lán)溶液,結(jié)果表明,堿化、氨化、超聲波改性和復(fù)合菌系生物改性稻桿吸附劑處理亞甲基藍(lán)溶液的吸附性能優(yōu)于原始稻桿吸附劑。堿化改性稻桿吸附量最高,為52.91mg/g,遠(yuǎn)高于原始稻桿15.625 mg/g的吸附量。堿化改性稻桿再經(jīng)生物改性后,吸附量進(jìn)一步得到提高,最大吸附量達(dá)56.083 mg/g。 3. pH、投加量、初始濃度、溫度對(duì)改性稻稈吸附劑處理甲基藍(lán)溶液性能的影響.研究表明,pH值增加吸附率增加。pH為12時(shí),改性稻稈對(duì)亞甲基藍(lán)染料的吸附率最高;吸附劑投加量為2～10 g/L范圍內(nèi),吸附劑投加量增加,吸附率增加,原始稻稈吸附劑最佳投加量為6 g/L,堿化、氨化和超聲改性稻稈吸附劑最佳投加量為4 g/L;隨著亞甲基藍(lán)溶液初始濃度增加,吸附率增加;溫度升高,吸附量增加,升高溫度可以提高吸附效果。 4.吸附熱力學(xué)研究。堿化、氨化、超聲波改性和復(fù)合菌系生物改性稻稈吸附劑處理亞甲基藍(lán)溶液的吸附等溫線(xiàn)能很好的符合Freundlich吸附等溫式,稻稈吸附劑處理亞甲基藍(lán)溶液的吸附介于單分子層和多分子層之間,稻稈吸附劑吸附表面的不均勻性對(duì)吸附過(guò)程有一定影響。堿化、氨化、超聲波改性和復(fù)合菌系生物改性稻稈吸附劑處理亞甲基藍(lán)溶液的吸附過(guò)程的焓變△H均為正值,稻稈吸附劑處理亞甲基藍(lán)溶液的吸附是一個(gè)吸熱過(guò)程,升高溫度有利于吸附進(jìn)行。在不同吸附溫度及吸附濃度下,稻稈吸附劑吸附亞甲基藍(lán)的吉布斯自由能△G均為負(fù)值,表明稻稈吸附劑處理亞甲基藍(lán)溶液的吸附過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的。在不同吸附溫度及吸附濃度下,稻稈吸附劑吸附亞甲基藍(lán)熵變△S均為正值,表明反應(yīng)體系處于比較無(wú)序的狀態(tài)。 5.吸附動(dòng)力學(xué)的研究。堿化、氨化、超聲波改性和復(fù)合菌系生物改性稻稈吸附劑處理亞甲基藍(lán)溶液的吸附是一個(gè)快速吸附過(guò)程。偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能很好的描述堿化、氨化、超聲波改性稻桿吸附劑吸附亞甲基藍(lán)溶液的吸附過(guò)程,吸附速率主要受液膜擴(kuò)散控制。顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程和偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能很好的描述復(fù)合菌系生物改性稻稈吸附劑處理亞甲基藍(lán)溶液的吸附過(guò)程,吸附速率主要受顆粒內(nèi)擴(kuò)散和液膜擴(kuò)散控制。 學(xué)位論文為染料廢水的處理提供了一種新的高效、低成本處理思路;拓寬了利用農(nóng)業(yè)廢棄物制備水處理吸附劑的研究方法;利用復(fù)合菌系生物法改性稻桿,為木質(zhì)纖維素的經(jīng)濟(jì)、合理、高值化的利用提供一條新的途徑。
【圖文】：

圖 1.1 纖維素分子的結(jié)構(gòu)圖Fig.1.1 Structure of cellulose molecules圖 1.2 纖維素分子之間的氫鍵結(jié)合Fig.1.2 The hydrogen bonds of cellulose molecules纖維素 年舒爾茲提出半纖維素(Hemicellulose) 概念，表示植物中能夠用聚糖，實(shí)際上是“非纖維素碳水化合物”。植物纖維中由多種糖基、相互連接形成的具有支鏈的高分子聚合物總稱(chēng)為“半纖維素”。半纖

圖 1.2 纖維素分子之間的氫鍵結(jié)合Fig.1.2 The hydrogen bonds of cellulose molecules纖維素 年舒爾茲提出半纖維素(Hemicellulose) 概念，，表示植物中能聚糖，實(shí)際上是“非纖維素碳水化合物”。植物纖維中由多種糖相互連接形成的具有支鏈的高分子聚合物總稱(chēng)為“半纖維素”。的另一主要組分，它僅能溶于稀堿溶液中，是無(wú)定形物質(zhì)。在通過(guò)復(fù)合氫鍵與纖維素及通過(guò)共價(jià)鍵與木質(zhì)素相結(jié)合，是填之間的“粘合劑”和“填充劑”。維素聚合度較低，分子鏈很短。為非結(jié)晶狀態(tài)。糖基組成半主要糖基有:D-葡萄糖基、D-甘露糖基、L-阿拉伯糖基、D-半有少量 L-鼠李糖基、D-葡萄糖醛酸基、D-半乳糖醛酸基和 4酸基等(見(jiàn)圖 1.3)。半纖維素由 2～4 種糖基結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成不均糖以 β-1,4-糖苷鍵連接構(gòu)成主鏈，由 L-阿拉伯糖以 α-1,4-糖苷
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：X703

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2629528