核桃殼基吸附材料的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)發(fā)展使得各類(lèi)污染物大量產(chǎn)生，越來(lái)越多的重金屬（鉻、鉛、汞、鎳等）和有機(jī)毒性污染物（酚類(lèi)物質(zhì)等）進(jìn)入水體，對(duì)水環(huán)境形成嚴(yán)重危害。各種污水處理方法中吸附法因工藝簡(jiǎn)單、易操作、環(huán)境友好，是目前污水處理最實(shí)用的方法，其核心技術(shù)是吸附劑材料。最常用的吸附材料是活性炭，但其制備存在原料成本高、能耗高等問(wèn)題，因此尋找低成本吸附材料制備工藝的有效途徑成為近年水處理材料領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。農(nóng)林廢棄生物質(zhì)如木材廢屑、果殼皮、農(nóng)作物秸稈等，主要成分為木質(zhì)

2、纖維素，含有-OH、-COOH、-NH2等活性基團(tuán)，具有一定孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)重金屬離子和有機(jī)物等能產(chǎn)生吸附作用，被認(rèn)為是一類(lèi)極具利用潛力的低成本吸附材料制備原料。實(shí)際污水處理應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)硬殼物中活性成分含量不足，孔隙結(jié)構(gòu)不明顯，吸附能力較弱，直接使用吸附性能不佳，處理效果不理想，需要對(duì)這類(lèi)生物質(zhì)殼渣進(jìn)行改性，改善其吸附性能，增強(qiáng)對(duì)污染物的去除處理能力。論文以貴州赫章核桃堅(jiān)果廢棄物——核桃殼渣為原料，采用磷酸改性來(lái)制備改性核桃殼生物吸

3、附材料（簡(jiǎn)稱(chēng)MWS），為改善其對(duì)污染物吸附效果，提高水處理效率，進(jìn)一步用高分子海藻酸鈉與其進(jìn)行復(fù)合改性制備改性核桃殼/海藻酸鈉復(fù)合生物材料（簡(jiǎn)稱(chēng) MWS/SA），將制備的系列吸附材料應(yīng)用于模擬含Cr(VI)和含苯酚污水吸附處理試驗(yàn)中。論文研究主要內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　1．磷酸活化改性核桃殼（MWS）的制備試驗(yàn)。先預(yù)處理核桃殼得一定目數(shù)的儲(chǔ)備試驗(yàn)原料，再采用磷酸活化處理試驗(yàn)原料制備改性核桃殼吸附材料，研究改性過(guò)程中浸漬比、活化溫度、

4、活化時(shí)間對(duì)改性產(chǎn)物吸附效果的影響，通過(guò)正交優(yōu)化試驗(yàn)，確定最佳制備工藝：在試驗(yàn)條件下，浸漬比1:3，活化溫度120℃，活化時(shí)間90min。
　　2．MWS表征分析。采用熱分析（TG/DSC）、掃描電鏡（SEM）、Boehm滴定以及紅外光譜（IR）分析技術(shù)，表征 MWS的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明：磷酸浸漬改變了殼原料的熱解歷程，使炭化加速；同時(shí)核桃殼改性前后的表面形貌發(fā)生變化，孔隙結(jié)構(gòu)增多，表面積增大；Boehm滴定分析顯示MWS

5、表面含有羧基、酚羥基等活性基團(tuán)； IR譜圖證實(shí)，相比殼原料，MWS含氧活性基團(tuán)增多，即改性增強(qiáng)了殼原料的吸附能力。
　　3．MWS對(duì)含Cr(VI)和含苯酚污水處理應(yīng)用試驗(yàn)。通過(guò)靜態(tài)模擬污水處理過(guò)程，研究污水初始pH值、MWS投加量、處理時(shí)間等對(duì)污染物吸附去除的影響。在試驗(yàn)條件下，吸附（去除）率均隨投加量和處理時(shí)間的增加而增大，Cr(VI)和苯酚分別適合在酸性和中性條件下去除，吸附率分別達(dá)99.65％和87.49%。通過(guò)對(duì)污水處理試

6、驗(yàn)過(guò)程研究，建立了吸附動(dòng)力學(xué)理論，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能較好描述MWS對(duì)兩種污染物的吸附過(guò)程。MWS對(duì)Cr(VI)的等溫吸附適合Langmuir吸附方程，參數(shù)Qm和b均隨溫度升高而增大，表明該處理過(guò)程吸熱，升溫有利于MWS對(duì)Cr(VI)的吸附去除；而苯酚等溫吸附適合Freundich吸附方程，參數(shù)K隨著溫度的增大而減小，說(shuō)明在試驗(yàn)條件下，低溫度有利于苯酚的吸附。
　　4．改性核桃殼/海藻酸鈉復(fù)合材料（MWS/SA）的制備試驗(yàn)。為改

7、善MWS吸附材料的使用效果，解決細(xì)顆粒改性產(chǎn)物處理回收問(wèn)題，通過(guò)高分子材料海藻酸鈉（SA）包埋MWS制備復(fù)合吸附材料MWS/SA，確定復(fù)合過(guò)程中海藻酸鈉濃度、固化劑（氯化鈣）濃度、MWS投加量、致孔劑NaCl投加量、固化溫度、固化時(shí)間，并利用正交試驗(yàn)優(yōu)化改性條件，確定了最佳制備工藝：海藻酸鈉溶液適宜濃度為2%（m/v），添加 MWS濃度為22g/L，NaCl濃度為30g/L，室溫25℃下滴入1%（m/v）CaCl2溶液，固化時(shí)間3h。<

8、br>　　5．MWS/SA表征分析。采用掃描電鏡（SEM）和紅外光譜（IR）分析技術(shù)表征分析MWS/SA表面化學(xué)結(jié)構(gòu)變化對(duì)吸附性能的影響，分析結(jié)果證實(shí)：MWS/SA的表面結(jié)構(gòu)比SA的更加粗糙，其內(nèi)部依然可以看到褶皺的網(wǎng)格片層，說(shuō)明海藻酸鈉復(fù)合改性在一定程度上增大了吸附表面積；對(duì)比分析MWS/SA和MWS的紅外光譜（IR）發(fā)現(xiàn)，復(fù)合改性使MWS結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，引入了含羧基、羥基等含氧活性基團(tuán)，增強(qiáng)了材料的吸附作用能力，可促進(jìn)對(duì)Cr(VI)

9、、苯酚等物質(zhì)的吸附脫除。
　　6．MWS/SA對(duì)含Cr(VI)和含苯酚污水處理應(yīng)用試驗(yàn)研究。與前MWS對(duì)含Cr(VI)和含苯酚污水處理應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)相似，研究MWS/SA投加量、污水pH值、處理時(shí)間等對(duì)污染物質(zhì)吸附去除效果。在試驗(yàn)條件下，隨 MWS/SA投加量和處理時(shí)間的增加，吸附率均會(huì)增大， Cr(VI)在酸性條件下吸附效果較好，苯酚適宜在酸性和中性條件下進(jìn)行吸附處理，吸附率分別可達(dá)95.37%和80.27%。MWS/SA對(duì)兩種污