混合废料生物炭研制及对重金属去除效果

发布时间：2020-05-20 13:19

【摘要】：以污泥和香蕉皮为原料,通过热解技术制备混合废料生物炭(MWBC)。分别采用正交试验、仪器分析(包括表面微观形貌、红外光谱、比表面积及孔径、Zeta电位以及pH值)以及吸附实验的方法对MWBC的制备、微观特征、对重金属离子(以Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)为例)的吸附效果进行了研究,探究了MWBC对Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的吸附动力学和热力学,并结合MWBC的物理化学性质对MWBC的吸附机理进行了探究。MWBC的制备条件为:污泥和香蕉皮的质量配比为1:1,热解温度400℃,升温速率15℃·min~(-1),终温停留时间2 h。MWBC性征如下:(1)具有复杂的片层状和球形结构,表面疏松多孔,且存在较多的矿物成分;(2)含有丰富的表面官能团,例如烷烃、醇羟基、芳香族类官能团等;(3)比表面积为3.539 m~2·g~(-1),平均孔径31.4 nm,多为中孔结构,且存在狭缝孔结构;(4)Zeta电位为-43.9 mV,对重金属离子有较强的静电吸附作用;(5)pH值为9.6,呈碱性。MWBC吸附效果如下:(1)一定的时间段内,随着时间的增加,MWBC对Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的去除率均不断升高,在120min时的去除率分别为94.32%、79.86%、86.67%,吸附容量分别为37.51 mg·g~(-1)、32.1 mg·g~(-1)、34.8 mg·g~(-1),动力学分析表明MWBC对Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的吸附行为符合伪二级动力学模型;(2)随重金属离子初始浓度的增加,MWBC对上述三种重金属离子的去除率均下降,但是对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附容量上升,对Zn~(2+)的吸附容量先上升再下降,吸附等温线分析表明MWBC对Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的吸附行为符合Langmuir等温吸附模型,表明该吸附过程以单分子层吸附为主;(3)MWBC对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附所对应的活化能分别为47.378 KJ·mol~(-1)和61.814 KJ·mol~(-1),均大于40 KJ·mol~(-1),拟合结果表明MWBC对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附行为属于化学吸附。综合以上,MWBC的吸附机理包括以下三个方面:(1)MWBC表面官能团的络合作用;(2)MWBC表面矿物质的共沉淀作用;(3)MWBC表面负电荷的静电吸附作用。
【图文】：

标准曲线,重金属离子,标准曲线,标准液

、铅 100 μg·mL-1、锌 100 μg·mL-1，，再利用稀释后的标准液绘制标准曲线用稀释后标准液的体积与浓度见表 2.4。表 2.3 重金属对应分析波长和火焰类型金属类型分析波长（nm）火焰类型铜 324.7乙炔-空气，氧化型铅 283.3锌 213.8表 2.4 标准液的体积与浓度稀释后标准液体积（mL） 0 0.50 1.00 3.00 5.00 1曲线金浓度g·L-1）铜 0 0.50 1.00 3.00 5.00 1铅 0 0.50 1.00 3.00 5.00 1锌 0 0.50 1.00 3.00 5.00 1制的标准曲线如图 2.1。

扫描电镜图像,生物炭,孔隙结构,表面颗粒

30图 3.1 SBC、BBC、MWBC 和 MWBC-h 四种生物炭扫描电镜图像图 3.1 分别显示了 SBC、BBC、MWBC 和 MWBC-h 的扫描电镜图像。由图可以看出：SBC 颗粒较大，表面光滑且存在少量的颗粒物，孔隙结构少，材质紧实；BBC 表面颗粒物质少，具有较大的孔隙结构，但是孔结构的数目较少，而且大都残缺不全，孔结构内部光滑；MWBC 表面比较粗糙，材质疏松，具有球状和片层状结构，球状结构的存在说明 MWBC 表面可能存在硅酸盐类物质，片层状结构以及相对于 SBC 来说较多的孔隙结构存在，提高了 MWBC 的比表面积，另外 MWBC 表面颗粒增多，是原料经过热解之后产生的灰分，以及原料本身含有的矿物成分和盐类物质；MWBC-h 相对于MWBC 来说拥有更加明显的孔隙结构，比表面积更大，表面颗粒物质减少，材质更加疏松，这是由于酸洗过后，灰分、矿物成分和盐类物质被冲洗待净，导致原本被堵塞的
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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