板栗壳吸附剂的制备及应用研究

发布时间：2017-10-13 22:47

  本文关键词：板栗壳吸附剂的制备及应用研究

  更多相关文章： 改性板栗壳 水杨酸 Cr(Ⅵ) Cu(Ⅱ) Ni(Ⅱ) 吸附

【摘要】：高速发展的工业进程使得环境污染尤其是重金属污染成为全球化问题。由于重金属污染物的种类和数量各不相同,治理难度通常较大。吸附法在重金属处理技术中一直占有举足轻重的地位,是常用的用于重金属离子预处理和深度处理方法之一。传统方法制备出来的吸附剂虽然效果好但对预处理要求高且原料价格居高不下,因此如何开发出廉价高效的吸附剂是当前环境工作者研究方向的一个热点。我国是一个农业生产大国,农、林产品种类繁多,由此产生的生物质废弃物亦数量巨大,板栗壳便是其中代表之一。由于来源广,价格低廉。以板栗壳为原材料制备出相应的水处理吸附剂可一定程度上降低产品成本,因此具有一定的应用前景。本研究以板栗壳为原料制备一种高效的水处理吸附剂,通过化学法进行改性旨在增强其吸附性能,通过考察其制备和吸附重金属离子过程中的影响因素,确定最终制备及最佳的吸附条件。实验以水杨酸为改性剂,通过单因素实验考察及正交优化,确定以初始浓度为10mg/L含Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)溶液为处理对象的板栗壳吸附剂的最佳制备条件。其中,处理Cr(Ⅵ)溶液的最佳制备条件为:水杨酸浓度0.06 mol/L,反应30 min,固液比1:10;处理Cu(Ⅱ)溶液的最佳制备条件为:水杨酸浓度0.14 mol/L,反应时间30 min,固液比1:15;处理Ni(Ⅱ)溶液的最佳制备条件为:水杨酸浓度0.14 mol/L,反应时间30 min,固液比为1:30。经此条件下改性的板栗壳处理后,初始浓度为10 mg/L的Cr(Ⅵ)、Ni(Ⅱ)废水均可达到第一类污染物最高允许排放标准,Cu(Ⅱ)废水可达到第二类污染物允许排放的三级标准。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱分析(EDS)、热重分析(TGA)和Zeta电位分析等方法对改性后板栗壳进行了表征。结果表明:经水杨酸改性后的板栗壳,表面没有引入新官能团,但其结构上酚羟基的数量有所增加;改性后板栗壳表面出现了许多孔穴状结构,比表面积有所增大;板栗壳表面C、O、Ca三种元素含量由于水杨酸与板栗壳表面醇羟基发生了反应连接到了板栗壳表面而发生变化;水杨酸对板栗壳的改性导致了板栗壳热稳定性的降低且表面电位明显升高。考察改性板栗壳对Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)三种离子的单一吸附过程。结果表明:在投加量为8 g/L,初始pH为4,反应温度25℃,反应时间为120 min时,对Cr(Ⅵ)的去除率达到99.9%;在投加量为10 g/L,初始pH为5,反应温度25℃,反应时间为120 min时,对Cu(Ⅱ)的去除率达到88.0%;在投加量为10 g/L,初始pH为5,反应温度25℃,反应时间为120 min时,对Ni(Ⅱ)的去除率达到92.3%。用拟二级动力学方程可以很好地对Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)在改性板栗壳上的单一吸附过程进行拟合,结果表明:对Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)单一吸附过程拟合的拟二级动力学线性方程分别为t/qt=0.0414t+0.5245、t/qt=0.053t+0.3411、t/qt=0.0515t+0.2422,对应的线性相关系数分别为0.9981、0.9943、0.9976。考察了改性板栗壳对Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)三种重金属离子混合溶液的吸附过程。与单一离子吸附相比,混合溶液中,三种离子的去除率均有所降低,其中Cr(Ⅵ)降低最少,Cu(Ⅱ)降低幅度最大,三种离子在混合吸附中属于竞争关系。竞争吸附的顺序是:Cr(Ⅵ)Ni(Ⅱ)Cu(Ⅱ)。方程分别为:t/qt=0.0595t+0.2845、t/qt=0.0831t+0.4741、t/qt=0.0985t+0.5414。拟合的线性相关系数分别为。对应的方程的相关系数为:0.9991、0.9963和0.9967。以内扩散模型对改性板栗壳对三种重金属的吸附过程进行分析表明,改性板栗壳对三种重金属的吸附并非一种扩散模型造成。根据热力学分析结果,无论单独吸附还是混合吸附,板栗壳对Cr(Ⅵ)的吸附过程均为吸热反应,对Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的吸附过程均为放热反应。
【关键词】：改性板栗壳 水杨酸 Cr(Ⅵ) Cu(Ⅱ) Ni(Ⅱ) 吸附
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;O647.33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 重金属的危害和来源13-14
• 1.2 重金属废水常用处理方法14-17
• 1.2.1 化学法14-15
• 1.2.2 生物法15
• 1.2.3 物化法15-17
• 1.3 重金属废水处理中吸附材料的应用17-19
• 1.3.1 活性炭17
• 1.3.2 沸石17-18
• 1.3.3 壳聚糖18
• 1.3.4 膨润土18
• 1.3.5 农林废弃物18-19
• 1.4 农林废弃物吸附剂的应用与研究19-22
• 1.4.1 农林废弃物的应用19
• 1.4.2 农林废弃物的改性研究19-22
• 1.5 课题的研究目的与内容22-25
• 1.5.1 研究目的22
• 1.5.2 研究内容22-25
• 第2章 实验材料、仪器及方法25-31
• 2.1 实验材料25
• 2.1.1 吸附剂来源25
• 2.1.2 废水来源25
• 2.2 实验试剂与仪器25-26
• 2.2.1 实验仪器25-26
• 2.2.2 实验试剂26
• 2.3 实验方法26-31
• 2.3.1 改性方法26-27
• 2.3.2 吸附方法27
• 2.3.3 重金属离子浓度测定方法27-31
• 第3章 改性板栗壳的制备31-45
• 3.1 反应原理31
• 3.2 改性板栗壳的制备条件31-38
• 3.2.1 固液比对改性效果的影响31-33
• 3.2.2 水杨酸浓度对改性效果的影响33-34
• 3.2.3 反应时间改性效果的影响34-36
• 3.2.4 正交试验及结果分析36-38
• 3.3 改性前后板栗壳去除率的对比38
• 3.4 表征38-42
• 3.4.1 红外光谱分析（FT-IR）38-39
• 3.4.2 扫描电子显微镜分析（SEM）39-40
• 3.4.3 X-射线能谱分析（EDS）40-41
• 3.4.4 热重分析（TGA）41
• 3.4.5 Zeta电位分析41-42
• 3.5 本章小结42-45
• 第4章 改性板栗壳吸附重金属离子45-73
• 4.1 单一吸附实验45-58
• 4.1.1 改性板栗壳吸附重金属离子的影响因素45-50
• 4.1.2 吸附过程热力学50-54
• 4.1.3 吸附动力学54-58
• 4.2 混合吸附实验58-69
• 4.2.1 改性板栗壳吸附混合离子的影响因素58-63
• 4.2.2 吸附热力学63-66
• 4.2.3 吸附动力学66-69
• 4.3 改性板栗壳的再生及重复利用实验69-71
• 4.3.1 改性板栗壳单独吸附Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)三种离子的重复利用69-70
• 4.3.2 改性板栗壳的解吸再生实验70-71
• 4.4 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-81
• 攻读学位期间发表的学术论文81-83
• 致谢83

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本文编号：1027531