小麦秸秆资源化利用及其产物对水体污染物的吸附治理效应研究

发布时间：2020-03-29 14:09

【摘要】：当前水体环境主要面临水体富营养化及重金属过量两大问题,且多数水体为复合性污染水体。吸附法是治理环境污染的一种有效技术,常用于对富营养化水体治理的应用,同时也可用于水体重金属的去除。吸附法具有高效、二次污染少等优势。我国小麦秸秆资源丰富,且目前通过资源化利用的农用小麦秸秆废弃物占比较少。本课题以小麦秸秆为原材料,探究小麦秸秆资源化利用技术。利用水热合成法探究不同工艺条件下小麦秸秆合成人工沸石的效果,同时利用低温连续裂解法在限氧条件下制备小麦秸秆生物炭。利用生物炭对PO_4~(3-)污染水体及CrO_4~(2-)污染水体进行吸附治理,主要分析了生物炭种类、污染物浓度、污染物种类(单一污染及复合污染)、初始溶液pH值、吸附温度对生物炭吸附效应的影响,同时通过动力学模型拟合、等温曲线模型拟合探究生物炭在不同条件下对CrO_4~(2-)及PO_4~(3-)的吸附机理。主要结论如下:利用小麦秸秆合成人工沸石时,当活化温度较低为400℃时,水热合成无晶体产生,当活化温度为600℃,活化时间为1h,碱液物质为2mol/L的NaAlO_2溶液,晶化温度为80℃,晶化时间为12 h时,小麦秸秆可合成纯度较高的A型沸石。利用小麦秸秆制备生物炭时,生物炭孔隙结构随制备温度的升高而增强,总孔体积随制备时间的延长先减少后增加,且随制备温度的升高缓慢增大,直至达到稳定。生物炭表面含有大量官能团,主要为C≡C、C=O、C-O、芳香烃C-H键。各生物炭对CrO_4~(2-)具有较好去除效率,在单一CrO_4~(2-)污染水体及CrO_4~(2-)、PO_4~(3-)污染水体中,生物炭对CrO_4~(2-)的去除率均达到90%以上,在单一污染水体中去除率随污染浓度的增加而降低,但在复合污染水体中去除率则随污染浓度的增高而降低。各生物炭对PO_4~(3-)的去除差异较大,去除效率随制备温度的升高、时间的增长而升高,但随PO_4~(3-)浓度的增加而降低。生物炭在复合污染水体中对CrO_4~(2-)的吸附速率与单一污染水体中吸附速率差异较小,均为6h,但吸附平衡量由743.24mg·g~(-1)增加至863.31mg.g~(-1),两种吸附均复合准二级动力学模型。生物炭在单一PO_4~(3-)污染水体中约在4h时达到吸附平衡,而在复合污染水体中吸附平衡时间则增快至3 h,且吸附平衡量由255.76mg·g~(-1)增加到294.09mg·g~(-1),表明CrO_4~(2-)及PO_4~(3-)的存在会增强生物炭对彼此的吸附性能。生物炭在两种污染水体中对CrO_4~(2-)的吸附性能均随吸附温度的增高而增强,但在单一CrO_4~(2-)污染水体中,吸附过程为吸热反应,吸附等温学复合Freundlich模型,而在复合污染水体中,吸附过程则为放热反应,吸附等温学复合Langmuir模型。生物炭在两种污染水体中对PO_4~(3-)的吸附性能随吸附温度的升高而增加,且均为吸热反应,其吸附过程可以用Langmuir模型很好的拟合。
【图文】：

逡逑２．３．ＩＮａＯＨ碱溶下产物形貌及构成分析逡逑下图２－１为小麦秸秆灰根与ＮａＡ１０２固体粉末经６００°Ｃ，２邋ｈ活化后，与ＮａＯＨ逡逑溶液进行碱溶，随后放置水热反应釜中６０°Ｃ，２４邋ｈ水热合成所得产物，即产物Ａ１０逡逑的ＳＥＭ微观形貌表征图及该产物对应ＸＲＤ分析图谱。逡逑产物邋Ａ１０邋徽普逦ｖ逦＊ＣａＯ逡逑图２－１邋Ａ１０合成产物ＳＥＭ形貌表征及ＸＲＤ图谱逡逑Ｆｉｇ．２－１邋ＳＥＭ邋ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ＸＲＤ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋ｓａｍｐｌｅ邋Ａ１０逡逑观察图２－１可以看出，，产物Ａ１０在环境扫描电子显微镜下出现大量不规则块逡逑状，各块状产物交叉相叠，其尺寸较小，对比产物Ａ１０的ＸＲＤ图谱分析，该产物逡逑并未出现明显的沸石结构及成分，多数为金属物质的氧化物形态，由于试验过程逡逑中未引入大量多类型金属物质，因此判断认为，该产物在合成中活化过程激发了逡逑小麦秸秆灰根中金属物质，同时在碱溶过程中，这些金属物质与游离的０原子结逡逑合，在水热反应过程中生成大量金属氧化物，导致其未有沸石结构出现。逡逑１８逡逑

＇°邋２0邋３0邋４0邋５0邋？＞邋７0逡逑２0｛°）逡逑图２－２Ａ１２合成产物ＳＥＭ形貌表征及ＸＲＤ图谱逡逑Ｆｉｇ．２－２邋ＳＥＭ邋ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ＸＲＤ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋ｓａｍｐｌｅ邋Ａ１２逡逑根据图２－２中ＸＲＤ图谱可以得出，产物Ａ１２中存在少量ＺＳＭ－５沸石，但由逡逑于其峰值较小，因此数量较少。同时ＳＥＭ图中多为不规则块状结构，表明产物逡逑Ａ１２中ＺＳＭ－５沸石含量较少，且含有大量氧化物杂质，合成效果不理想。逡逑试验结果表明，对于小麦秸秆合成沸石，当碱溶液为ＮａＯＨ时，其合成沸石逡逑效果较差，仅有当小麦秸杆活化时间为６００°Ｃ、２ｈ；且晶化温度为６０°Ｃ时，合成逡逑产物中具有极少量ＺＳＭ－５沸石出现，但合成成分中具有较多氧化物等杂质生成。逡逑２＿３．２邋ＮａＡ１０２碱溶下产物形貌及构成分析逡逑下图为小麦稻秆灰根在ＮａＡ１０２溶液进行碱溶后通过水热反应爸制备所得的晶逡逑体产物的ＳＥＭ微观形貌表征图及该产物对应的ＸＲＤ分析图谱。依次为产物产物逡逑Ｂ３、产物Ｂ４、产物Ｂ５、产物Ｂ６、产物Ｂ７、产物Ｂ８、产物Ｂ９、产物Ｂ１０、产物逡逑Ｂ１１、产物邋Ｂ１２。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X712;X52

【参考文献】

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本文编号：2606080