CTAB改性甘蔗渣生物炭吸附水中对羟基苯甲酸酯类的效能与机理

发布时间：2020-05-06 21:41

【摘要】：对羟基苯甲酸酯类是新兴污染物的一种,作为防腐抗菌剂的一种,近百年来它被普遍地使用于食品、药品和化妆品等领域。近年来,人们对它对水生态及人类健康的潜在危害非常关注。生物炭是生物有机物在缺氧或者无氧环境高温裂解后得到的固态产物。由于它孔隙结构丰富、廉价易得,因而生物炭作为吸附剂的一种,已经在水溶液中被用来吸附各类其它污染,其吸附效果显著。本次研究将甘蔗渣选定为为原材料,于400 ℃高温下制备出甘蔗渣生物炭(BC),而后将BC经过十六烷三甲基溴化铵(CTAB)改性得到CTAB改性甘蔗渣生物炭(MBC)。将这两种生物炭材料作为吸附剂,分别考察其对去除水中对羟基苯甲酸酯类的吸附效果,对比二者的吸附效果,探究吸附机理。通过间歇吸附实验和动态吸附实验考察了两种材料对水中对羟基苯甲酸酯类的吸附性能,并对其去除机理进行了探讨。主要研究结果如下:(1)CTAB改性行为使得十六烷三甲基溴化铵分子[C16H33(CH3)3N+-Br-]成功附载在甘蔗渣生物炭表面,大大增强了 MBC的疏水性,并伴随着吸附材料的零电荷点从8.52(BC)提高到9.73(MBC)。CTAB改性行为改性后的甘蔗渣生物炭对对羟基苯甲酸酯类的吸附行为主要是依靠生物炭表面的疏水点位,因而MBC的吸附能力大于BC,其去除效率也高于改性前者。当对羟基苯甲酸酯类溶液初始pH处于碱性条件下(8-10)时,会快速降低生物炭对对羟基苯甲酸酯类的吸附率;当向背景溶液中投加的Ca2+的离子强度逐渐增加时,吸附速率同样下降。CTAB改性甘蔗渣生物炭的饱和吸附量相较未改性甘蔗渣生物炭提高。(2)Langmuir方程、准二级动力学方程较好描述了甘蔗渣生物炭材料对水中对羟基苯甲酸酯类的吸附过程;吸附过程为自发吸热过程;最后,经过3轮再生吸附,甘蔗渣生物炭吸附容量是最初的70%,制备的两种生物炭材料吸附稳定性高。(3)为考察CTAB改性甘蔗渣生物炭的动态吸附特点,实验考察了床层高度、初始离子浓度、流速等操作参数对对羟基苯甲酸酯类吸附特性的影响,实验结果表明CTAB改性甘蔗渣生物炭吸附对羟基苯甲酸酯类的动态吸附效果受实验条件影响大。填料层高度越高,流速越大,初始浓度越大使得穿透时间加快,柱耗时间缩短,但吸附效率降低。此外,发现Thomas模型能够很好地描述改性甘蔗渣生物炭对MP的动态吸附穿透曲线;当需要预测不同条件下的穿透曲线时,传质模型拟合度高。
【图文】：

生物炭,甘蔗渣

图３－１改性前后甘蔗渣生物炭ＦＴＩＲ逡逑Ｆｉｇ．３－１邋ＦＴＩＲ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｂａｇａｓｓｅ邋ｂｉｏｃｈａｒ邋ｂｅｆｏｒｅ邋ａｎｄ邋ａｆｔｅｒ邋ｂｅｅｎ邋ｍｏｄｉｆｉｅｄ逡逑图３－２为ＣＴＡＢ改性前后甘蔗渣生物炭的ＳＥＭ图。从图中可看到，改性前的甘逡逑蔗渣生物炭呈现蔗渣纤维的条状结构，且表面略微粗糙、具有一定程度的蚀刻、但没逡逑有明显的孔隙结构。改性后的甘蔗渣生物炭表面颗粒状明显，像包裹了一层粒状物质。逡逑这意味着改性行为己使得十六烷基三甲基溴化铵的铵基端头Ｃｉ６Ｈ３３（ＣＨ：0３Ｎ＋成功插逡逑入生物炭层间，生物炭表面露出的为表面活性剂的碳长链分子。山于表而活性剂长链逡逑的加入增加了很多疏水活性位点，因而改性生物炭对对羟基苯甲酸酯类的去除效率得逡逑到提商。逡逑９逡逑

生物炭,甘蔗渣,扫描电镜图,零电荷点

３．３．２零电荷点的分析逡逑零电荷点ｐＨｐｚｃ指，，生物炭表面正负电荷相等时，生物炭的ｐＨ值。本次实验研逡逑究了甘蔗渣生物炭和ＣＴＡＢ改性甘蔗渣生物炭的ｐＨｐｚｃ变化情况。图３－３是两种生物逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】