铁锰氧化物-生物炭复合材料对水中Cr（Ⅵ）的吸附性能研究
发布时间：2021-07-08 23:01
铬主要是以Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）形式存在,其中Cr（Ⅵ）具有剧毒性、难以被生物降解且易发生食物链富集。含铬废水若处理不当,会给环境系统和人体健康带来不良影响。由于操作简单、成本低和效率高,吸附法被认为是处理废水中Cr（Ⅵ）的首选方法。玉米秸秆经热解得到的生物炭是一种很好的吸附材料,其优点为结构疏松多孔、含氧官能团丰富、成本低和适应性广等。但是,生物炭吸附水中Cr（Ⅵ）的效果受自身理化性质及表面特性等因素的影响。因此,可借助改性技术优化生物炭的理化性质和表面特性,以提高其对水中Cr（Ⅵ）的吸附效果。本文在综述含铬废水的治理现状和生物炭的性质、改性修饰技术及其处理废水中Cr（Ⅵ）的基础上,主要做了以下研究:1、利用铁锰氧化物修饰生物炭,制备了铁锰氧化物-生物炭复合材料（F1M3BC400）。其制备条件通过单因素实验优化为:改性剂的铁锰质量配比m（Fe）:m（Mn）=1:3,热解温度为400℃。2、对比未改性生物炭（BC400）与改性生物炭（F1M3BC400）的吸附性能,当T=30℃,Cr（Ⅵ）初始浓度为800 mg·L-1,初始p H=2,投加量=2 g·L
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究路线图
第二章铁锰氧化物-生物炭复合材料的制备及表征17将上述干燥样品装进瓷舟，置于N2保护的管式电炉中（N2流速60mL·min-1），升温速率为5℃·min-1，由室温升温至400℃，并在该温度下热解2h；此后，在N2保护下冷却至室温，将样品取出再装进棕色瓶中备用。将样品依次标记为F3M0BC、F1M3BC、F2M3BC、F3M3BC、F4M3BC和F0M3BC。在同样条件下热解制备的未改性生物炭用BC表示。用上述不同的铁锰氧化物-生物炭复合材料对100mg·L-1的Cr(VI)溶液进行吸附实验（材料投加量2g·L-1，pH＝2.0，T＝30℃），比较不同材料对水中Cr(VI)的吸附效果，结果如图2-1所示。图2-1不同铁锰比例改性生物炭对Cr(VI)的去除率Fig.2-1RemovalrateofCr(VI)bybiocharmodifiedwithdifferentFe/Mnratios由图可知，当铁锰质量比为1:3时，改性生物炭（F1M3BC400）对模拟废水溶液中Cr(VI)的去除率最高（91.79%），而未改性生物炭（BC）对模拟废水溶液中Cr(VI)的去除率为32.17%，改性后其去除率提高了59.62%。因此本研究中制备铁锰氧化物-生物炭复合材料的改性剂铁锰质量配比优选为m(Fe):m(Mn)=1:3。2、热解温度的筛选优化在改性剂铁锰质量配比优化为m(Fe):m(Mn)=1:3的基础上，将100mL的0.05mol·L-1的FeCl3溶液和100mL的0.15mol·L-1的KMnO4溶液与5g已处理好的玉米秸秆粉超声30min进行混合后浸泡12h，再把浸泡后的玉米秸秆粉水洗至中性，在65℃下干燥12h。将上述干燥样品装进瓷舟，置于N2保护的管式电炉中（N2流速60mL·min-1），升温速率为5℃·min-1，由室温分别升温至300、
广东工业大学硕士学位论文18400和500℃，并在该温度下热解2h；此后，在N2保护下冷却至室温，将样品取出再装进棕色瓶中备用。将上述改性后的样品分别标记为F1M3BC300、F1M3BC400和F1M3BC500，在对应热解温度条件下得到的未改性样品材料依次记为BC300、BC400和BC500。用上述6种不同材料处理模拟水溶液中的Cr(VI)（材料投加量2g·L-1，溶液初始时Cr(VI)浓度25~800mg·L-1，pH＝2.0，T＝30℃），并比较该6种材料去除模拟水溶液中Cr(VI)的效果，比较结果如图2-2。图2-2不同热解温度下的改性前后生物炭对Cr(VI)去除效果Fig.2-2RemovalofCr(VI)bybiocharbeforeandaftermodificationatdifferentpyrolysistemperatures由图可知，当模拟废水中初始的Cr(VI)浓度越来越高时，生物炭材料吸附Cr(VI)的量变得越来越大。不同热解温度下的未改性材料对模拟废水中Cr(VI)的吸附量差别不大，但热解温度为400℃时得到的改性生物炭（F1M3BC400）对模拟废水中Cr(VI)的去除效果明显比其他两个热解温度下制备的更好。F1M3BC400对模拟废水中Cr(VI)的吸附量可达12.43~118.03mg·g-1，约为BC400对模拟废水中Cr(VI)的吸附量（11.97~59.23mg·g-1）的两倍。因此本研究中制备铁锰氧化物-生物炭复合材料的热解温度优选为400℃。3、铁锰氧化物-生物炭复合材料的制备称取0.8110gFeCl3粉末用去离子水溶解，配制0.05mol·L-1的FeCl3溶液100mL；称取2.3705gKMnO4固体颗粒用去离子水溶解，配制0.15mol·L-1的KMnO4
本文编号：3272497
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究路线图
第二章铁锰氧化物-生物炭复合材料的制备及表征17将上述干燥样品装进瓷舟，置于N2保护的管式电炉中（N2流速60mL·min-1），升温速率为5℃·min-1，由室温升温至400℃，并在该温度下热解2h；此后，在N2保护下冷却至室温，将样品取出再装进棕色瓶中备用。将样品依次标记为F3M0BC、F1M3BC、F2M3BC、F3M3BC、F4M3BC和F0M3BC。在同样条件下热解制备的未改性生物炭用BC表示。用上述不同的铁锰氧化物-生物炭复合材料对100mg·L-1的Cr(VI)溶液进行吸附实验（材料投加量2g·L-1，pH＝2.0，T＝30℃），比较不同材料对水中Cr(VI)的吸附效果，结果如图2-1所示。图2-1不同铁锰比例改性生物炭对Cr(VI)的去除率Fig.2-1RemovalrateofCr(VI)bybiocharmodifiedwithdifferentFe/Mnratios由图可知，当铁锰质量比为1:3时，改性生物炭（F1M3BC400）对模拟废水溶液中Cr(VI)的去除率最高（91.79%），而未改性生物炭（BC）对模拟废水溶液中Cr(VI)的去除率为32.17%，改性后其去除率提高了59.62%。因此本研究中制备铁锰氧化物-生物炭复合材料的改性剂铁锰质量配比优选为m(Fe):m(Mn)=1:3。2、热解温度的筛选优化在改性剂铁锰质量配比优化为m(Fe):m(Mn)=1:3的基础上，将100mL的0.05mol·L-1的FeCl3溶液和100mL的0.15mol·L-1的KMnO4溶液与5g已处理好的玉米秸秆粉超声30min进行混合后浸泡12h，再把浸泡后的玉米秸秆粉水洗至中性，在65℃下干燥12h。将上述干燥样品装进瓷舟，置于N2保护的管式电炉中（N2流速60mL·min-1），升温速率为5℃·min-1，由室温分别升温至300、
广东工业大学硕士学位论文18400和500℃，并在该温度下热解2h；此后，在N2保护下冷却至室温，将样品取出再装进棕色瓶中备用。将上述改性后的样品分别标记为F1M3BC300、F1M3BC400和F1M3BC500，在对应热解温度条件下得到的未改性样品材料依次记为BC300、BC400和BC500。用上述6种不同材料处理模拟水溶液中的Cr(VI)（材料投加量2g·L-1，溶液初始时Cr(VI)浓度25~800mg·L-1，pH＝2.0，T＝30℃），并比较该6种材料去除模拟水溶液中Cr(VI)的效果，比较结果如图2-2。图2-2不同热解温度下的改性前后生物炭对Cr(VI)去除效果Fig.2-2RemovalofCr(VI)bybiocharbeforeandaftermodificationatdifferentpyrolysistemperatures由图可知，当模拟废水中初始的Cr(VI)浓度越来越高时，生物炭材料吸附Cr(VI)的量变得越来越大。不同热解温度下的未改性材料对模拟废水中Cr(VI)的吸附量差别不大，但热解温度为400℃时得到的改性生物炭（F1M3BC400）对模拟废水中Cr(VI)的去除效果明显比其他两个热解温度下制备的更好。F1M3BC400对模拟废水中Cr(VI)的吸附量可达12.43~118.03mg·g-1，约为BC400对模拟废水中Cr(VI)的吸附量（11.97~59.23mg·g-1）的两倍。因此本研究中制备铁锰氧化物-生物炭复合材料的热解温度优选为400℃。3、铁锰氧化物-生物炭复合材料的制备称取0.8110gFeCl3粉末用去离子水溶解，配制0.05mol·L-1的FeCl3溶液100mL；称取2.3705gKMnO4固体颗粒用去离子水溶解，配制0.15mol·L-1的KMnO4
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