生物炭改性材料的制备及其对水体中六价铬的吸附机理研究

发布时间：2017-07-29 07:40

  本文关键词：生物炭改性材料的制备及其对水体中六价铬的吸附机理研究

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【摘要】：本研究以水葫芦生物质为原料,制备了易于分离的磁性生物炭(MB)以及利用壳聚糖对磁性生物炭进行改性制备了磁性生物炭/壳聚糖复合材料(CMB),并且研究了CMB对水溶液中Cr(VI)的去除研究机理。生物炭具有比表面积大、富含碳素、离子交换量高以及孔隙结构发达等独特的物理化学性质,是用来去除水体中污染物的有效吸附剂。但是生物炭粉末颗粒较细,很难从水溶液中快速分离出来。因此本文通过热解法将磁性纳米粒子镶嵌到原始生物炭中,使得原始生物炭具有磁性,从而易于从水溶液中分离出来。在氮气流中600°C煅烧热解利用Fe Cl3溶液浸泡的水葫芦生物质,最终得到磁性水葫芦生物炭(MB)。MB的红外光谱图显示出576.8 cm-1特征峰,该特征峰表明γ-Fe2O3纳米粒子成功的镶嵌到原始生物炭中。另外,由MB的磁化曲线分析得到其磁滞回线呈S型,饱和磁化强度(Ms)是11.60 emu/g,这一磁化强度足够使用永久性磁铁把MB从水溶液中分离出来。该方法制备磁性生物炭(MB)简单易行,且使用的化学试剂较少,制备过程对环境几乎不产生污染。(第2章)然后利用壳聚糖对上述过程制备的磁性生物炭(MB)进行改性,制备磁性生物炭/壳聚糖复合材料(CMB)。并对其进行扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、磁性能(VSM)、孔径(BET)以及Zeta表面电位等表征分析。由吸附Cr(VI)前CMB的XPS分析证明了CMB表面官能团与壳聚糖改性前的MB有很大不同,并且吸附Cr(VI)后CMB的XPS分析显示Cr(VI)被吸附于CMB表面。磁性能分析得到CMB的饱和磁化强度(Ms)同样为11.60 emu/g,该值等于磁性生物炭(MB)的饱和磁化强度,这说明改性过程未改变磁性生物炭(CMB)的磁性能。CMB对Cr(VI)的吸附效果显著,对Cr(VI)的最大吸附量可达到120 mg/g,是原始生物炭(B)对Cr(VI)吸附量的4倍。批量实验研究证明了CMB对Cr(VI)的动力学模型符合二级动力学模型,等温线符合Langmuir模型,热力学实验表明CMB对水溶液中Cr(VI)的吸附过程是自发进行的吸热反应。(第3章)
【关键词】：生物炭 壳聚糖 六价铬 改性 生物吸附
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;O647.33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 水体重金属污染概况12
• 1.2 水体铬污染现状12-16
• 1.2.1 含铬废水的来源12-13
• 1.2.2 含铬废水的特点13-15
• 1.2.3 含铬废水的危害15-16
• 1.3 含铬废水处理技术现状16-21
• 1.3.1 物理法16-18
• 1.3.2 化学法18-19
• 1.3.3 生物法19-21
• 1.4 生物炭（Biochar）21-23
• 1.4.1 生物炭的结构与性质21
• 1.4.2 生物炭的制备21-22
• 1.4.3 生物炭在废水处理中的应用22-23
• 1.5 本研究的意义与内容23-24
• 第2章 磁性生物炭的制备24-31
• 2.1 引言24
• 2.2 磁性生物炭的制备方法24-26
• 2.2.1 化学共沉淀法24-25
• 2.2.2 高能球磨法25
• 2.2.3 热解法25-26
• 2.3 磁性生物炭的表征及分析26-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 磁性水葫芦生物炭/壳聚糖复合材料对废水中铬的吸附机理31-48
• 3.1 引言31-32
• 3.2 材料与方法32-35
• 3.2.1 实验材料与仪器32-33
• 3.2.2 磁性生物炭/壳聚糖复合材料的制备33-34
• 3.2.3 磁性生物炭/壳聚糖复合材料的表征34
• 3.2.4 静态吸附实验方法34-35
• 3.3 结果与讨论35-47
• 3.3.1 吸附剂的表征分析35-40
• 3.3.2 溶液初始p H值对吸附剂吸附六价铬的影响40-42
• 3.3.3 磁性生物炭/壳聚糖（CMB）对六价铬的吸附动力学42-43
• 3.3.4 磁性生物炭/壳聚糖（CMB）对六价铬的吸附等温线43-45
• 3.3.5 磁性生物炭/壳聚糖（CMB）对六价铬的吸附热力学45
• 3.3.6 溶液背景电解质对磁性生物炭/壳聚糖吸附六价铬的影响45-46
• 3.3.7 其他吸附剂与CMB吸附六价铬吸附效果对比46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 结论48-49
• 参考文献49-57
• 附录A 攻读学位期间所发表论文情况57-58
• 附录B 攻读硕士学位期间所申请国家发明专利目录58-59
• 致谢59

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