油菜秸秆制备活性炭对溶液中多菌灵吸附及其机理探究

发布时间：2020-08-12 14:34

【摘要】：我国每年的油菜播种面积超过一亿亩,然而产生大量的油菜秸秆被直接丢弃或者焚烧,这不仅造成了资源的浪费,同时也会对环境造成严重的污染。当前,农业生产中农药的过量和重复使用给土壤和水体造成严重的污染,减少和控制农药的使用迫在眉睫。针对这一问题,本文选用农业废弃物-油菜秸秆为前驱体,磷酸为活化剂,在不同温度下制备油菜秸秆活性炭对农药废水有着很好的吸附,可以很好解决上述问题。以油菜秸秆活性炭为吸附剂,多菌灵为吸附质,研究油菜秸秆活性炭对溶液中多菌灵的吸附性能,探讨其吸附机理,为减少农药的环境污染提供参考。本文主要工作如下:(1)选用油菜秸秆为前驱体,磷酸为活化剂,在不同温度下(300℃、400℃、500℃、600℃)制备活性炭(Activated carbon x,ACx),然后利用无水甲醇和甲醛对样品AC600进行表面官能团掩蔽改性,得到AC600-CGB和AC600-PGB。利用SEM、XRD、元素分析、FTIR、N_2吸附-脱附、XPS、pH_(pzc)测定、Raman以及Boehm滴定等分析手段对样品的理化性质进行分析。结果表明,随着热解温度的升高,活性炭样品的极性指数、疏水性以及表面含氧官能团总量都下降,而芳香性上升,热解温度过低,活性炭样品的孔隙结构未完全展开,而热解温度过高,样品的孔隙结构会倒塌或者交联在一起。相比较而言,样品AC400的比表面积和孔容都达到最大,分别为1490 m~2/g和1.17 cm~3/g。利用无水甲醇和甲醛对样品AC600进行改性,改性后成功得到掩蔽了目标官能团的两种样品AC600-CGB和AC600-PGB,同时相比于AC600其孔隙结构基本没有变化。(2)选择多菌灵(Carbendazim,CBD)为目标农药,利用油菜秸秆活性炭为吸附剂,考察了溶液初始pH对吸附的影响,结合吸附等温线、吸附动力学模型、吸附热力学模型以及双模式模型对CBD在活性炭上吸附的机理进行探讨。结果表明,制备的样品在初始5 min内就能达到平衡吸附量的80%,证明此材料是一种理想的吸附剂且孔隙填充是活性炭样品吸附CBD最重要的机理。K_d值与极性指数(O+N)/C原子比呈极显著负相关关系,表明活性炭样品表面的丰富的极性官能团抑制了CBD在样品表面的吸附,同时K_d值与O/C原子比也呈负的极显著性相关关系,进一步表明疏水作用在CBD在活性炭样品上的吸附重要吸附机制之一。当初始pH小于3.0时,在吸附中占主导的吸附机理为静电相互作用,初始pH大于4.0时,吸附受疏水作用、孔隙填充以及π-πEDA反应等机理共同作用。CBD初始浓度不同,表面吸附作用和分配作用在样品对CBD整体吸附中所贡献的比例也不同,在低浓度时,表面吸附作用占主要的贡献,随着浓度的逐渐增大,分配作用所占的贡献也逐渐增大。(3)活性炭样品对CBD的吸附受孔隙填充、表面吸附作用(静电相互作用、疏水作用和π-πEDA反应等)和分配作用三种机理共同作用,其中表面吸附作用在吸附中占主导地位。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592;TQ424.1
【图文】：

迁移途径,农药,杨志,鱼苗

标；赵元凤等（赵元凤等 2002）发现在大连的养殖海域对有机氯农药的富集作强。.2 水体中农药的危害农药汇集到水体后，首先可能会对水生生物产生中毒反应，影响环境微生物的；其次，可能会在生物体内富集从而进一步威胁人类的健康。最后，有些有机能会进入大气中。根据相关文献报道：杨志聪等（杨志聪等 2007）研究了滴滴鱼苗的急性毒性的研究，结果表明此农药对鱼苗属于剧毒性物质；Fritschi 等ritschi et al 2005）调查发现在农药中暴露人群患淋巴瘤的风险比一般人高出数Kaur 和 Dhanju（Kaur and Dhanju 2005）将农药接触雌鼠，观察到雌鼠卵巢持续。综上所述，对环境中农药的去除变得刻不容缓。

活性炭,吸附剂,优点,石墨化

图 1-2 活性炭作为吸附剂的优点Fig. 1-2 The advantages of activated carbon as an sorbent性炭的孔隙结构活性炭由没有石墨化非晶质以及石墨化微晶组成的，所以活性炭被认系。没有石墨化非晶质以及石墨化微晶之间相互连通形成期孔隙结构和应用化学学会（IUPAC）按照活性炭的直径大小不同将其分成三类m 的称为大孔活性炭、在 2 到 50 nm 之间的称作中孔活性炭而小于 2活性炭；活性炭中各类孔是相互连通的，呈一种树状结构，如图 1-3

示意图,孔隙结构,活性炭,示意图

图 1-3 活性炭孔隙结构示意图Fig. 1-3 Pore structure of activated carbon前驱体、活化剂、活化方式、活化温度等不同都会不相同。活性炭孔的形成过程主要包括以下几种：有孔被扩宽以及孔的坍塌。在吸附过程中，各种大不相同，大孔主要是目标物质（污染物）进入活性一部分作用与大孔相同，是吸附剂进入微孔的通道些不能进入到微孔当中的大分子吸附质；微孔被称位，决定着活性炭的吸附能力（解强等 2005）。的规定，吸附等温线被划分为 6 类，如图 1-4 所示。在较低相对压力下，吸附量快速上升，当 P/P0逐渐接况，Ⅰ型等温线往往出现在微孔吸附剂（如分子筛）

【参考文献】