水葫芦生物碳的制备表征及对镉的吸附性能研究

发布时间：2017-09-20 05:29

  本文关键词：水葫芦生物碳的制备表征及对镉的吸附性能研究

  更多相关文章： 水葫芦 生物碳 制备 表征 镉

【摘要】：本文以水葫芦为研究对象,制备成不同碳化温度的水葫芦碳,使用化学分析方法和光谱表征技术分析水葫芦碳的组成结构及物理化学性能;重点研究了水葫芦碳吸附重金属镉的性能和机理,搞清不同裂解温度生物碳对镉的快慢吸附过程;探讨了灰分对水葫芦碳吸附镉的影响。通过研究,为水葫芦碳在吸附重金属方面的应用提供了重要的理论基础。这给当前面临的两大水环境难题:水葫芦泛滥和水体重金属污染,提供了新的解决途径。主要结论如下:(1)水葫芦生物碳对镉的吸附能力:各种温度下制备所得生物碳均有较强吸附能力,去除率最高99.24%,平均94.71%。考虑节能因素,300℃制备所得水葫芦碳性价比最高。与其他生物碳(稻杆、玉米秸秆等生物碳需要500℃以上)相比,保持高去除率的前提下,水葫芦碳制备温度较低,从而有利于节能。(2)产率:WH300(WH表示水葫芦生物碳,后缀数字表示制备温度,下同)产率最高46.59%,WH700产率最低28.20%,制备温度增加,产率下降。(3)pH值:制备温度增加,pH值上升,WH300的pH值最低(7.98),WH700的pH值最高(11.54)。(4)灰分、比表面积等:WH300灰分含量最低15.89%,WH700灰分含量最高37.25%,制备温度增加,灰分含量上升;随温度升高碳的芳香性增加、极性减小、亲水性下降,比表面积和总孔体积不断增加,逐渐向微孔转化,至发达的微孔结构。(5)Cd吸附机制:对镉的吸附动力学模型属于准二级动力学模型;镉与WH300主要是与表面碱性官能团(羟基、羧基及羰基等)发生络合作用,镉与WH500及WH700主要是与矿物组分(灰分)生成沉淀化合物;当pH值逐渐增加,水葫芦碳对镉的去除率提高;对镉的等温吸附线属Langmuir型。(6)水葫芦碳不需要去除灰分:WH300、WH500和WH700的平均去除率为:94.15%、93.51%和96.46%,去灰分后,DWH300、DWH500和DWH700的平均去除率为:96.41%、53.10%和21.35%,DWH500与DWH700的去除率比去灰分前下降43.22%和77.86%。水葫芦碳吸附重金属镉具有较高的去除率,表明水葫芦碳对重金属镉有良好去除效果,并且表明在较低温度下也能够制备得到吸附性能良好的水葫芦生物碳;水葫芦碳去除灰分后去除效果下降,在实际应用中,可以省却去灰分工序,从而节约成本。
【关键词】：水葫芦 生物碳 制备 表征 镉
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;O647.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 研究背景及意义11-16
• 1.1.1 研究背景11-15
• 1.1.1.1 水环境污染11
• 1.1.1.2 水葫芦泛滥11-13
• 1.1.1.3 水体重金属污染13-15
• 1.1.2 研究意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-25
• 1.2.1 生物碳的起源及定义18-19
• 1.2.2 生物碳吸附重金属的机制19-21
• 1.2.2.1 生物碳对重金属离子的物理吸附20
• 1.2.2.2 生物碳对重金属离子的离子交换与阳离子-π 作用20
• 1.2.2.3 生物碳对重金属离子的络合或化学沉淀20-21
• 1.2.3 生物碳吸附重金属的影响因素21-25
• 1.2.3.1 生物碳的性状21-23
• 1.2.3.2 生物碳的添加量23
• 1.2.3.3 溶液的pH值23-24
• 1.2.3.4 溶液的温度24
• 1.2.3.5 吸附时间24-25
• 1.2.3.6 溶液中的轻金属离子25
• 1.2.3.7 溶液中重金属离子的起始浓度25
• 1.3 技术路线25-28
• 第二章 水葫芦生物碳的制备与结构表征28-49
• 2.1 试验材料及方法28-29
• 2.1.1 试验材料及仪器28-29
• 2.1.2 水葫芦生物碳的制备方法29
• 2.2 水葫芦生物碳结构性能表征29-31
• 2.2.1 水葫芦生物碳的产量测定30
• 2.2.2 水葫芦生物碳灰分含量的测定30
• 2.2.3 水葫芦生物碳pH值的测定30
• 2.2.4 热重分析30
• 2.2.5 元素分析30-31
• 2.2.6 比表面积和孔径分析31
• 2.2.7 红外光谱分析31
• 2.2.8 X射线衍射分析31
• 2.2.9 扫描电镜分析31
• 2.3 结果与讨论31-47
• 2.3.1 水葫芦生物碳制备技术门槛31-32
• 2.3.2 水葫芦生物碳产率和灰分含量32-35
• 2.3.3 水葫芦生物碳pH值35
• 2.3.4 水葫芦热重分析35-38
• 2.3.5 水葫芦生物碳元素分析38-40
• 2.3.6 水葫芦生物碳比表面积和孔径分析40-41
• 2.3.7 水葫芦生物碳红外光谱图41-45
• 2.3.8 水葫芦生物碳X射线衍射图45-46
• 2.3.9 水葫芦生物碳扫描电镜图46-47
• 2.4 本章小结47-49
• 第三章 水葫芦生物碳对镉的吸附试验研究49-61
• 3.1 试验材料与方法49-51
• 3.1.1 试验材料及仪器49-50
• 3.1.2 试验方法50-51
• 3.1.2.1 水葫芦生物碳样品的制备50
• 3.1.2.2 吸附动力学试验50
• 3.1.2.3 动力学过程中pH值的测定50
• 3.1.2.4 pH值对水葫芦生物碳吸附镉的影响试验50-51
• 3.1.2.5 等温吸附试验51
• 3.2 结果与讨论51-60
• 3.2.1 浓度设定依据51-52
• 3.2.2 水葫芦生物碳对镉的吸附动力学52-54
• 3.2.3 吸附动力学过程pH值的变化54-56
• 3.2.4 pH对水葫芦生物碳吸附Cd性能的影响56-57
• 3.2.5 等温吸附曲线57-60
• 3.3 本章小结60-61
• 第四章 灰分对水葫芦生物碳吸附镉的影响61-75
• 4.1 试验部分62-64
• 4.1.1 试验材料及仪器62-63
• 4.1.2 试验方法63-64
• 4.1.2.1 酸处理水葫芦生物碳样品的制备63
• 4.1.2.2 酸处理后样品的表征63
• 4.1.2.3 吸附效果试验63-64
• 4.1.2.4 pH值对吸附镉的影响试验64
• 4.1.2.5 等温吸附试验64
• 4.2 结果与讨论64-73
• 4.2.1 去灰分前后水葫芦生物碳样品的结构特征64-66
• 4.2.2 去灰分前后水葫芦生物碳对镉的去除效果对比66-69
• 4.2.3 不同pH值对吸附的影响69-71
• 4.2.4 等温吸附曲线71-72
• 4.2.5 吸附机制和灰分的贡献率72-73
• 4.3 本章小结73-75
• 第五章 研究结论及建议75-78
• 5.1 结论75-76
• 5.2 特色与创新76-77
• 5.3 存在问题与建议77-78
• 参考文献78-89
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果89-91
• 致谢91-92
• 答辩委员会对论文的评定意见92

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 潘丽坤;李海波;孙卓;孙长庆;;制备温度对多孔硅光学特性的影响(英文)[J];功能材料与器件学报;2009年02期

2 顾莉莉;熊克;卞侃;吴佳俊;陈骐;王帮峰;;制备温度对Ag-IPMC拉伸及致动性能的影响[J];复合材料学报;2013年05期

3 冯春;陈港;;制备温度对碳酸钙-细小纤维复合填料性能的影响[J];造纸科学与技术;2010年01期

4 ;[J];;年期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 龙小林;水葫芦生物碳的制备表征及对镉的吸附性能研究[D];华南理工大学;2016年

，

本文编号：886187