生物質(zhì)基功能炭材料的制備及其吸附水體中離子液體的研究.pdf

1、廢棄天然生物質(zhì)的資源化一直是備受關(guān)注的研究熱點。以農(nóng)林廢棄物為原料制備生物質(zhì)基環(huán)境修復(fù)功能材料，可以同時實現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益。生物質(zhì)炭由生物質(zhì)缺氧條件下碳化而成，具有大的比表面和發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，以物理、化學(xué)的手段可以調(diào)控表面的官能團、極性和孔隙結(jié)構(gòu)，使其表界面與待去除污染物結(jié)合力更強。被譽為“綠色溶劑”的離子液體表現(xiàn)出一定的生物毒性，泄漏到水環(huán)境中的離子液體也已成為一類新型的低濃度污染物，如何高效去除是一個亟待解決的重要課題

2、。我們以大宗農(nóng)林廢棄物竹末、玉米秸稈、花生殼和小麥秸稈等為原料，創(chuàng)制的系列生物質(zhì)炭吸附材料對水體中離子液體表現(xiàn)出很好去除能力，并可高效的降低離子液體對小麥發(fā)芽過程的毒性作用，有望應(yīng)用于受污染水體和土壤的修復(fù)。具體研究工作如下：
　?。?）改性竹基生物質(zhì)炭高效去除離子液體[BMIM]Cl及其生物效應(yīng)。采用竹末為原料制備廉價和高效的生物質(zhì)炭吸附劑用以去除水體中親水性離子液體，1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽（[BMIM]Cl）。竹末700℃

3、炭化后，經(jīng)KOH活化擴孔，以(NH4)2S2O8氧化改性得到改性生物質(zhì)炭（BB-K-N）。BB-K-N具有大的比表面積和孔體積、豐富的微孔和含氧官能團。BB-K-N相較于原始生物質(zhì)炭（BB）和中間產(chǎn)物（BB-K）對[BMIM]Cl均表現(xiàn)出高的吸附能力，其吸附量可達0.625mmol/g。BB-K-N對[BMIM]Cl的吸附符合偽二級動力學(xué)和Freundlich吸附等溫線模型。吸附后的BB-K-N可用0.1mol/L HCl高效解吸再生。

4、此外，實驗結(jié)果顯示，負載BB-K-N的[BMIM]Cl小麥組和空白組小麥的生長狀況相似，長勢明顯好于[BMIM]Cl小麥組，說明BB-K-N可有效降低[BMIM]Cl對小麥幼苗生長的毒性作用。
　?。?）源于農(nóng)業(yè)廢棄物的生物質(zhì)炭去除水體中離子液體：一種農(nóng)業(yè)廢棄物處理的方法。按前述方法，以不同來源的農(nóng)業(yè)固體廢棄物（花生殼、玉米秸稈和小麥秸稈）通過高溫炭化和KOH/(NH4)2S2O8改性制備低成本的吸附劑（PB-K-N，CB-K-N

5、和 WB-K-N）用于去除離子液體（[BMIM]Cl）。在此，基于花生殼、玉米秸稈和小麥秸稈的生物吸附劑PB-K-N，CB-K-N和 WB-K-N對[BMIM]Cl的去除能力均高于其他炭質(zhì)吸附劑，其吸附能力順序為：PB-K-N> CB-K-N> WB-K-N。通過對生物質(zhì)炭吸附劑的表征發(fā)現(xiàn)它們在形貌、結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)特性和吸附機理等方面均非常相似，如生物吸附劑都同時具備適當(dāng)?shù)奈⒖捉Y(jié)構(gòu)和豐富的含氧官能團、PB-K-N，CB-K-N和WB-K

6、-N對[BMIM]Cl的吸附均符合偽二級動力學(xué)和Freundlich吸附等溫線模型。探討得出吸附能力主要與生物質(zhì)炭吸附劑的微孔結(jié)構(gòu)和極性官能團的含量有關(guān)。此種制備生物質(zhì)炭吸附劑的方法有望應(yīng)用推廣于其它農(nóng)林固體生物質(zhì)廢棄物的處置和資源化。
　　（3）離子液體的對小麥發(fā)芽的影響及生物質(zhì)炭對其毒性的抑制作用。為了探究離子液體對植物的毒性效應(yīng)，分別選用了不同陽離子結(jié)構(gòu)（[BMIM]+、[Emim]+、[OMIM]+[Domim]+、[Bp

7、y]+）和不同陰離子結(jié)構(gòu)（Br-、BF4-、CH3COO-、C7H5OO-）的八種不同結(jié)構(gòu)的離子液體，詳細考察了其對小麥發(fā)芽過程的影響。當(dāng)陰離子相同，陽離子碳鏈長度不同時，離子液體對小麥幼苗生長的抑制作用隨著烷基鏈長度的增加而顯著升高，即烷基鏈越長的離子液體其毒性越大。選擇花生殼基生物質(zhì)炭—PB-K-N，對不同類別的離子液體進行吸附實驗，分別確定其最大吸附量，PB-K-N對所考察離子液體均表現(xiàn)出較高的去除能力，且在小麥發(fā)芽實驗中添加PB