【摘要】：我國的中藥資源十分豐富,每年消耗大量中草藥的同時也隨之產(chǎn)生了大批量的中藥廢渣。黃芪廢渣作為中藥廢渣的一種,年產(chǎn)量大,來源廣泛。目前,大批量的黃芪廢渣被當作工業(yè)垃圾或生活垃圾,進行堆放、焚燒或者填埋處理,不僅造成資源浪費還嚴重污染環(huán)境。與此同時,隨著近代工業(yè)的快速發(fā)展,各種重金屬與有機物對環(huán)境的污染日趨嚴重,世界資源的緊缺趨勢漸顯,因此對中藥廢渣進行二次利用,達到以廢治廢的目的成為研究的熱點。本課題選取黃芪廢渣作為原料,以氫氧化鉀為活化劑制備黃芪廢渣活性炭(ASC),并采用高錳酸鉀(KMnO4)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)分別對ASC進行改性,并將改性前后的活性炭用于對水溶液中重金屬離子Cu2+、Cd2+與有機物質(zhì)甲苯與苯胺的吸附。通過單因素實驗研究氫氧化鉀濃度、浸漬比、活化時間、活化溫度等對活性炭吸附性能和產(chǎn)率的影響,確定最佳ASC制備條件。研究改性劑濃度、改性時間等對ASC表面性質(zhì)及吸附性能的影響,確定最佳改性條件。利用掃描電子顯微鏡、比表面積測定和X射線衍射等分析手段對改性前后的ASC進行表征。通過靜態(tài)吸附實驗考察了溶液pH值、吸附劑用量、時間等因素對吸附過程的影響,并進行了吸附等溫擬合和動力學研究,深入研究改性前后ASC對重金屬離子和有機物的吸附性能。實驗結(jié)果表明,以氫氧化鉀為活化劑制備ASC的最佳工藝條件是:氫氧化鉀濃度為20%,浸漬比(氫氧化鉀溶液體積(mL):黃芪廢渣質(zhì)量(g))3:1,活化溫度600℃,活化時間80min。黃芪廢渣經(jīng)活化炭化后,比表面積為1519.53m2/g;掃描電鏡結(jié)果顯示,ASC的表面變得粗糙多孔,出現(xiàn)了蜂窩狀孔隙結(jié)構(gòu);XRD圖顯示,活性炭產(chǎn)生了石墨微晶結(jié)構(gòu),增加了活性炭的穩(wěn)定性。以KMnO4為氧化劑改性ASC的最佳條件為:KMnO4濃度為0.15mol/L,浸漬比(ASC質(zhì)量(g):KMnO4溶液體積(L))為10:1,改性溫度為98℃,時間90min。將KMnO4改性前的ASC與改性后的ASC-Mn用于Cd2+、Cu2+的吸附。在Cd2+溶液濃度為100mg/L,溶液pH值為6.0,吸附時間為60min,投加量為2g/L的條件下,ASC和ASC-Mn對Cd2+的吸附率分別為73.10%、97.24%。根據(jù)Langmuir吸附等溫式計算ASC和ASC-Mn對Cd2+的飽和吸附量分別為116.96mg/g、217.86mg/g。在Cu2+溶液濃度63.5mg/L,溶液pH值為5.0,吸附時間為60min,投加量為2g/L條件下,ASC和ASC-Mn對Cu2+的吸附率分別為98.20%、100%。根據(jù)Langmuir吸附等溫式計算ASC和ASC-Mn對Cu2+的飽和吸附量分別是125.73mg/g、196.46mg/g。ASC-Mn對Cd2+和Cu2+的吸附動力學符合準二級動力學方程。KMnO4氧化改性之后,改性產(chǎn)物對Cd2+和Cu2+的飽和吸附量顯著增加,主要是因為改性之后的黃芪廢渣活性炭表面負載了大量的二氧化錳,含氧官能團的數(shù)量較改性前顯著增加。CTAB改性ASC的最佳條件是:CTAB濃度為0.05mol/L,浸漬比(ASC質(zhì)量(g):CTAB溶液體積(L))10:1,改性時間7h,改性溫度70℃。將CTAB改性前的ASC和改性后的ASC-N用于對有機物甲苯和苯胺的吸附。在甲苯溶液濃度為200mg/L,溶液pH值為7.5,投加量2g/L,時間60min的條件下,ASC和ASC-N對甲苯的吸附率分別為54.79%、80.05%。根據(jù)Langmuir吸附等溫式計算,ASC和ASC-N對甲苯的飽和吸附量分別為178.88mg/g、266.18mg/g。在苯胺溶液濃度為100mg/L,溶液pH值為6.5,投加量2g/L,時間60min條件下,ASC和ASC-N對苯胺的吸附率分別為27.92%、82.45%。根據(jù)Langmuir吸附等溫式計算,ASC和ASC-N對苯胺的飽和吸附量分別為74.51mg/g、121.54mg/g。ASC-N對甲苯和苯胺的吸附動力學符合準二級動力學方程。CTAB改性之后,改性產(chǎn)物對甲苯和苯胺的飽和吸附量顯著增加,是因為改性之后的黃芪廢渣活性炭表面極性含氧官能團減少,非極性基團增加,對弱極性或非極性物質(zhì)的親和力增加。利用黃芪廢渣制備活性炭,降低制備活性炭的成本,為黃芪廢渣的資源化利用找到一條合理的出路;將改性前后的ASC用于對重金屬離子及有機物的吸附,不僅有效控制和治理環(huán)境污染,還為污染治理技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。
【圖文】：

表 2-2 黃芪廢渣活性炭的基本性質(zhì)樣品 水分/% 灰分/% 揮發(fā)分/% 固定碳% C/% H/% N/%ASC 4.12 7.38 15.42 73.08 70.41 3.52 0.50積炭的比表面積是表征其吸附性能的有效指標之一，較大的比表面積預(yù)示著其能力�；钚蕴康目捉Y(jié)構(gòu)包括微孔、中孔和大孔，而微孔對活性炭吸附起支配小分子物質(zhì)[28]。ASC的比表面積為1519.53m2/g，微孔比表面積為1386.53m2 是一種前景廣闊的吸附劑。鏡a b

比表面積(m2/g) 1519.53 774.13總孔容(cm3/g) 1.04 0.66微孔比表面積(m2/g) 1386.53 596.59碘吸附值(mg/g) 1325.17 994.66亞甲基藍值(mg/g) 139.45 95.68附值與亞甲基藍吸附值般認為，碘吸附值的大小與活性炭中微孔的多少有很好的關(guān)聯(lián)性，，而亞甲藍徑較大，其吸附值的大小主要表征活性炭中孔的多少[51]。從表 3-2 中可以看渣活性炭和氧化改性產(chǎn)物都具有較高的碘吸附值，說明二者均具有大量的微電鏡ab
【學位授予單位】：寧夏醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R284

【參考文獻】

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本文編號：2596900