【摘要】：論文利用稻稈、麥秸、玉米秸、花生殼四種生物質(zhì)為原材料,分別通過粉碎、炭化、改性制成了原生材料、炭黑材料以及改性材料三類吸附劑,共12種。分別對這12種吸附劑吸附Cu(Ⅱ)進行了研究。采用掃描電鏡分析、比表面積分析和紅外光譜分析對吸附劑進行了表征研究,考察了吸附時間、pH、吸附劑投加量、溫度、離子強度、與Cd(Ⅱ)的競爭吸附對吸附效果的影響,建立了吸附動力學和吸附熱力學模型,對其進行了系統(tǒng)研究,探討吸附機理。對吸附劑的再生進行了實驗與分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：1.生物質(zhì)原材料及炭化、改性后性能的表征。從性能表征的結(jié)果來看,四種生物質(zhì)原材料表面呈無孔結(jié)構(gòu),吸附劑表面結(jié)構(gòu)平滑,致密有序,比表面積很小。四種生物質(zhì)原材料經(jīng)過高溫炭化后,從無孔吸附材料變成了多孔吸附材料,具有多孔隙結(jié)構(gòu),使得比表面積大大增加,對污染物的吸附容量也增加很多。四種生物質(zhì)原材料經(jīng)過氯化鋅結(jié)合微波輻射改性后,使得纖維類物質(zhì)脫氫芳構(gòu)化,同時形成比較豐富的孔隙,使得比表面積有所增加。簡單官能團之間相互結(jié)合,形成了有利于吸附重金屬的高分子結(jié)構(gòu)官能團。微波的活化破壞了堿性官能團,使酸性官能團集中,使得改性生物質(zhì)的吸附能力在一定程度上得到了提升。稻稈、麥秸、玉米秸的改性最為明顯,其吸附性能的變化相比于改性前有了明顯的提高,改性花生殼的吸附性能相比于改性前也有了較大的提高。2.生物質(zhì)原材料、炭化材料及改性材料的吸附性能。從吸附性能的結(jié)果來看,改性材料和炭化材料的吸附性能大大優(yōu)于生物質(zhì)原材料,改性材料的吸附性能和炭化材料相比,稍顯優(yōu)勢。同一類的吸附材料又以花生殼的吸附性能優(yōu)于其他三種吸附材料。改性花生殼的吸附量最高,達到了46.2mg/g,炭化花生殼次之,達到了43.1 mg/g,都遠高于花生殼原材料29.2 mg/g的吸附量。3.不同吸附時間、炭化溫度、pH、吸附劑投加量、溫度、離子強度、與Cd(Ⅱ)的競爭吸附對生物質(zhì)吸附Cu(Ⅱ)的影響。這些單因素對四種生物質(zhì)原材料、炭化材料和改性材料吸附Cu(Ⅱ)的效果來看,三類材料的吸附平衡時間基本都在8-12h這個區(qū)間。炭化材料隨著炭化溫度的升高,吸附量增加。pH值在1-6這個區(qū)間,吸附量隨著pH增加而增加,pH為6時,吸附量最高。吸附劑投加量的增大,三類吸附材料對Cu(Ⅱ)的去除率也隨之升高,但投加量增大到一定程度,去除率的變化不再明顯,投加量均為0.20g作為吸附劑的最佳投加量。隨著溫度的升高,吸附量增加。吸附量隨著離子強度的增加而降低,并且二價離子比一價離子抑制吸附.的能力更強,總的來說,下降量比較小,離子強度對Cu(Ⅱ)的吸附量影響較小。隨著Cd(Ⅱ)濃度的增加Cu(Ⅱ)的吸附量下降緩慢,Cd(Ⅱ)的存在對Cu(Ⅱ)的吸附量影響是有限。4.吸附動力學研究。從吸附動力學及模型擬合分析來看,擬一級動力學和擬二級動力學都能較好的擬合這三類吸附材料吸附Cu(Ⅱ)的吸附過程,相比于擬一級動力學,擬二級動力學方程能更好地描述吸附過程,擬二級動力學反映出這三類吸附材料的吸附速率與Cu(Ⅱ)濃度的二次方成正比。5.吸附熱力學研究。從吸附熱力學及模型擬合分析來看,原生材料、炭黑材料、改性材料吸附劑處理Cu(Ⅱ)溶液的吸附等溫線均符合Langmuir等溫線模型和Freundlich等溫線模型,說明吸附介于單分子層和多分子層之間,吸附劑表面并不是均一穩(wěn)定的,對吸附過程有一定的影響。熱力學研究表明,原生材料、炭黑材料、改性材料吸附劑吸附Cu(Ⅱ)的過程中,△G0、ΔH0,△SO說明吸附過程是自發(fā)進行的吸熱反應(yīng),升溫有利于吸附的進行；Cu(Ⅱ)從溶液中溶解的狀態(tài)到被吸附的狀態(tài)是無序增加的過程。6.吸附劑再生研究。從再生的結(jié)果來看,用HCl溶液、NaCl溶液和去離子水作再生吸附劑,Cu(Ⅱ)在吸附劑上的脫附效果：HClNaCl去離子水。循環(huán)三次吸附再生實驗,吸附劑對Cu(Ⅱ)的吸附能力下降較小,說明這三類生物質(zhì)材料可以重復吸附水溶液中的金屬離子。學位論文為處理重金屬廢水提供了一種新的高效價廉的處理思路,同時也為農(nóng)業(yè)廢棄物的再利用提供了一個新的出路,通過炭化、改性后的生物質(zhì)材料,能夠為重金屬廢水的處理提供一個新的處理途徑。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X703

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本文編號：2672391