生物質(zhì)材料對(duì)重金屬污染物銅的吸附研究.pdf

1、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(duì)這12種吸附劑吸附Cu(Ⅱ)進(jìn)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(duì)吸附劑進(jìn)行了表征研究，考察了吸附時(shí)間、pH、吸附劑投加量、溫度、離子強(qiáng)度、與Cd(Ⅱ)的競(jìng)爭(zhēng)吸附對(duì)吸附效果的影響，建立了吸附動(dòng)力學(xué)和吸附熱力學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)研究，探討吸附機(jī)理。對(duì)吸附劑的再生進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與分析

2、。主要研究?jī)?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(duì)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(shí)形成比較豐富的孔隙，使得比表面積有所增加。簡(jiǎn)單官能團(tuán)

3、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(tuán)。微波的活化破壞了堿性官能團(tuán)，使酸性官能團(tuán)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

4、比，稍顯優(yōu)勢(shì)。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(dá)到了46.2mg/g，炭化花生殼次之，達(dá)到了43.1mg/g，都遠(yuǎn)高于花生殼原材料29.2mg/g的吸附量。
　　3.不同吸附時(shí)間、炭化溫度、pH、吸附劑投加量、溫度、離子強(qiáng)度、與Cd(Ⅱ)的競(jìng)爭(zhēng)吸附對(duì)生物質(zhì)吸附Cu(Ⅱ)的影響。這些單因素對(duì)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(shí)間基本都在8

5、-12h這個(gè)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(gè)區(qū)間，吸附量隨著pH增加而增加，pH為6時(shí)，吸附量最高。吸附劑投加量的增大，三類吸附材料對(duì)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(qiáng)度的增加而降低，并且二價(jià)離子比一價(jià)離子抑制吸附的能力更強(qiáng)，總的來說，下降量比較小，離子強(qiáng)度對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附量

6、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(duì)Cu(Ⅱ)的吸附量影響是有限。
　　4.吸附動(dòng)力學(xué)研究。從吸附動(dòng)力學(xué)及模型擬合分析來看，擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)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(jí)動(dòng)力學(xué)，擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能更好地描述吸附過程，擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)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(xué)研究。從吸附熱力學(xué)及模型擬合

7、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(duì)吸附過程有一定的影響。熱力學(xué)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，△G＜0、△H＞0，△S＞0說明吸附過程是自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)，升溫有利于吸附的進(jìn)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

8、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:HCl＞NaCl＞去離子水。循環(huán)三次吸附再生實(shí)驗(yàn)，吸附劑對(duì)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(fù)吸附水溶液中的金屬離子。
　　學(xué)位論文為處理重金屬廢水提供了一種新的高效價(jià)廉的處理思路，同時(shí)也為農(nóng)業(yè)廢棄物的再利用提供了一個(gè)新的出路，通過炭化、改性后的生物質(zhì)材料，能夠?yàn)橹亟饘購U水