生物炭的制备及对甲醛污染的处理研究

发布时间：2020-05-11 13:23

【摘要】：甲醛是对环境和人体健康影响较大的污染物,备受关注。目前,对甲醛的污染处理已经进行了很多的研究,也取得了一定的成效,但依然还存在着诸多有待研究和完善的问题,如造成二次污染、处理剂成本高或耗能等。本文从废物资源化回收再利用的角度出发,从动植物选用三种不同的废弃物作为生物质材料(猪骨、玉米芯、鸡粪)进行高温处理获得生物炭,并对其进行改性。改性后的生物炭分别对甲醛污染物吸附处理研究,得出如下结论:(1)实验制备了以猪骨为原料,经高温热解制得猪骨生物炭PC0,PC0浸渍与过氧化氢尿素溶液中制得改性生物炭PC1,制备出改性猪骨炭吸附甲醛后过滤得PC2。同时对制备的生物炭通过FT-IR分光光度计、XRD和SEM进行了表征,表征显示骨炭中含有钙,羟基和磷酸基团,表征分析表明PC1有更好的亲和力强、孔隙率高、比表面积大。研究了制备改性生物炭中浸渍比、浸渍时间、热解温度和热解时间四种制备条件对甲醛污染水溶液处理性能的影响。正交试验分析表明:制备条件的影响因素大小:浸渍比热解温度浸渍时间热解时间。单因素实验中表明,浸渍比1:1.5,热解时间2h,热解温度450℃,浸渍时间4h时吸附效果最佳,甲醛的饱和吸附量可达2.87mg/g。(2)实验制备了以玉米芯为原料,预处理后的玉米芯炭与一定质量浓度分数的高锰酸钾溶液和Fe~(3+)制得改性玉米芯炭COC1,制备出改性玉米芯炭吸附甲醛后过滤得COC2。通过对COC0、COC1、COC2的结构、晶型及形貌进行了FT-IR分光光度计、XRD、SEM及EDS表征,表征分析可知COC1表面负载上了MnO_2和Fe~(3+),有氧官能团结构增多。同时研究了高锰酸钾质量浓度、甲醛初始浓度、投加量和吸附温度对甲醛污染水溶液处理性能的影响。单因素实验分析表明:高锰酸钾质量浓度分数为2%、甲醛初始浓度为40mg/L、投加量为0.4g、吸附温度为10℃吸附效果最佳,吸附量为2.79mg/g。响应面expert-design8.0实验设计分析表明,影响因子显著性大小为:甲醛初始浓度生物炭投加量吸附温度。(3)实验制备了以鸡粪为原材料,经过饱和碳酸钠和饱和亚硫酸氢钠改性后制备出的生物炭。对制备材料表征对比分析可知改性后的鸡粪炭的碳含量和钠含量增加,而且还有S的引入。吸附后的鸡粪炭中原有的元素、官能团及孔隙因与甲醛作用后减少或消失。单因素吸附甲醛试验表明:当热解温度为450℃,吸附时间为5h,投加量为0.5g,初始浓度为30mg/L,鸡粪炭对甲醛污染水溶液的处理效果较好,吸附效率为86.12%。对处理甲醛污染水溶液过程进行动力学和热力学分析可得:处理过程适用于准二级动力学方程,鸡粪炭对甲醛污染水溶液的处理过程是物理和化学吸附的协同作用及自发和吸热的过程,具有介孔吸附剂的吸附特征;吸附过程表明符合Langmiur模型,吸附主要是以单分子层吸附。(4)通过对制备的生物炭吸附甲醛性能对比研究分析可知:改性后的生物炭比改性前的生物炭在甲醛污染水溶液的处理性能上都有了很大的提升,未改性的生物炭对甲醛污染水溶液的处理性能大小:CHC0PC0COC0,CHC0吸附效率最佳为60.32%;改性后的生物炭对甲醛污染水溶液的处理性能大小PC1CHC1COC1,PC1处理效率最佳为91.74%。
【图文】：

扫描电镜图,猪骨,孔隙结构,骨炭

图 2.3 高倍镜下的扫描电镜图谱：（a）PC0（b）PC1 和（c）PC2Figure 2.3 SEM micrographs of （a）PC0（b）PC1 and（c）PC2从表面结构可以看出，，图 a 中未改性的猪骨炭 PC0 大小并不均匀；图 b 中改性后的猪骨炭结构紧凑且表面有很多孔隙结构，在过氧化氢尿素作用下，猪骨炭表面被氧化并形成了更丰富的孔隙结构，增大了猪骨炭的比表面积，提供了更多的吸附活性位点；图c 中猪骨炭零碎不成型，这由于猪骨炭内部结构与甲醛作用后粘黏在一起而形成的。2.3.3 样品的 FTIR 表征itance(%)PC0PC1PC237243607304328152250

玉米芯,硝酸铁,片状结构,孔隙结构

27图 3.2 高倍镜下的扫描电镜图谱及 EDS：（a,a ）COC0,（b,b ）COC1 和（c,c ）COC2Figure3.2 SEM micrographs and EDS diagram of （a,a ）COC0,（b,b ）COC1 and（c,c ）COC2从表面结构可以看出，图 a 中未改性的玉米芯炭 COC0 大小并不均匀，但表面光滑，多呈片状结构分布；图 b 中改性后的玉米芯炭呈珊瑚状，结构紧凑表面有很多孔隙结构，高锰酸钾和硝酸铁作用下，玉米芯炭表面被氧化，同时也增大了玉米芯炭的比表
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X701;TQ127.11

【参考文献】