动物热解炭化物特性及对水中重金属的去除研究

发布时间：2020-05-06 23:41

【摘要】：本研究针对猪、鸡、甲鱼等病死废弃动物的安全处置及水体重金属污染问题,采用热解炭化后的三种病死动物炭化物进行资源化利用,重点考察热解炭化物的基本理化特性及其对水体中Cu~(2+)和Hg~(2+)等重金属离子的去除效果,以及病死猪热解炭化物功能化改性后对上述两种重金属离子的去除效果。借助扫描电子显微镜元素分析仪(SEMEDX)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)及X射线衍射(XRD)等分析手段对猪、鸡、甲鱼热解炭化物的理化性质进行了表征,分析了其微观结构及其官能团,发现三种炭化物都拥有较为发达的孔隙构造和较大的比表面积,其中猪热解炭化物的比表面积达到50.44m2/g,且表面出现较多P043-等结构特性。三种炭化物主要组成元素均为Ca、P、C、O等,与植物类原料热解得到的生物质炭有明显差异。猪热解炭化物中Ca含量高达52.37%,P含量为17.25%。三种炭化物中碳主要以无定型的形式存在,吸附Cu~(2+)后没有改变炭化物的晶型,都保持了原有的晶体结构。利用猪热解炭化物对水中的Cu~(2+)和Hg~(2+)进行处理研究。实验结果说明,猪热解炭化物对水中Cu~(2+)的吸附效果较好,最佳初始pH值为5.0,吸附容量达到46.12 mg/g,温度的升高有利于热解炭化物对Cu~(2+)的去除,吸附容量从25℃时的38.60 mg/g增加至40℃的47.61 mg/g。通过对实验数据的动力学模型及吸附等温线模型分析,猪热解炭化物对Cu~(2+)的吸附动力学实验数据满足准二级吸附动力学模型,Langmuir模型能较好地表现Cu~(2+)与猪热解炭化物之吸附过程。猪热解炭化物对水中Hg~(2+)也具有较好的吸附效果,初始pH=5.0时的吸附能力为14.57 mg/g,温度的升高均有利于热解炭化物对Hg~(2+)的去除。通过对实验数据进行动力学模型及吸附等温线模型分析,觉察实验中使用的猪热解炭化物的吸附动力学实验数据均满足准二级吸附动力学模型,且Langmuir方程模型能较真实地表述Hg~(2+)与猪热解炭化物之反应行为。利用猪热解炭化物功能化改造后的炭化物对水中的Hg~(2+)和Cu~(2+)进行处理研究。利用表面修饰-SH的Si02载体(MMS)合成的巯基功能化炭化物对水中Hg~(2+)的吸附效果较好,最大吸附量达到84.81 mg/g;pH对巯基功能化猪炭化物吸附Hg~(2+)效果的影响较小,而温度的升高均有利于热解炭化物及其巯基化合物对Hg~(2+)的去除。通过对实验数据进行动力学模型及吸附等温线模型分析,巯基功能化后的炭化物与Hg~(2+)的吸附动力学实验数据均满足准二级吸附动力学模型,且Langmiur方程能较真实地表现Hg~(2+)与猪热解炭化物之反应行为。利用表面氨基化功能修饰制备的氨基功能化炭化物(PCM@SiO2-NH2)去除水中Cu~(2+)。30℃条件下对Cu~(2+)的最大吸附容量为25.3 mg/g(单位PCM的最大吸附容量为59.88mg/g,大于改性前的39.39mg/g),反应行为均满足准二级动力学方程和Langmiur模型;温度上升,材料吸附能力不断增强,热力学研究证实该吸附过程为自发的吸热过程。
【图文】：

稻壳,水中有机污染物,生物质

生物质通过热解炭化，表面的官能团会发生变化，文献ＰＷ采用傅里叶变换逡逑红外光谱分析仪对稻壳及其不同热解温度制备的稻壳生物质炭表面结构开展了逡逑定性研究。如图２－２所示，竖线是各条曲线峰值表示的光波数。观察发现，王类逡逑炭化物在３４３１邋ｃｍ－ｉ位置存在显著的吸收峰，证明是六边形－０Ｈ和结合水由部楚逡逑基拉伸振动峰。制备温度升高的同时，稻壳中的水分不断减少，故而ＲＨＣ－４００－４５０逡逑与ＲＨＣ－７００－７５０的该峰强度较稻壳要弱。２９２０ｃｍ－ｉ处产生了－ＣＨ２的Ｃ－Ｈ的伸缩逡逑振动峰，在制备温度X椄叩耐保朔宓那慷仍诓欢舷陆担傻贸龅究侵邢宋义纤氐扔谢实拇嬖凇５究翘康闹票腹讨械母呶路纸饬苏饫嘤谢剩露仍礁撸义戏纸獾迷酵耆＃永嗵炕镌冢保罚埃板澹悖恚Тτ幸桓觯缅澹藉澹凹奈辗澹庵っ鞯惧义峡翘炕锉砻婊蚓哂谢夯~基等含氧官能团。１６００ｃｍ－＇处产生了芳环或Ｃ邋＝邋Ｃ逡逑６逡逑

吸附机理,污泥,污染成分,沉淀作用

±学位论文作用会更强。总之，目标污染成分的官能团会影响生物质炭理能力。有机污染物同生物质炭之间的静电吸引作用是另一通常情况下，生物质炭表面是携带负电荷的，所１＾义有吸引带能力。Ｘｕ等［５４１研究报道了这类有机污染物去除现象，，发现染料可１＾NB被生物质炭通过静电吸引作用去除。逡逑质炭对无机污染成分的去除反应机理，基本为离子交换、沉用等。使用污泥生物质炭去除水溶液中Ｐｂ２＋的分析讨型机理作了解释（图２．５）。研究表明去除Ｐｂ２＋的机理包括：（共沉淀作用而产生了与Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋的离子交换过程；（２）官能团产生了表面络合沉淀作用；（３邋）与生物质炭表面其他合沉淀作用等。逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S851.23;X52

【参考文献】