双官能化生物炭制备及其吸附性能研究

发布时间：2020-06-03 17:50

【摘要】：随着工农业的快速发展,重金属污染问题越来越严重。解决重金属污染的主要方法有沉淀法、离子交换法、电解法、树脂法,但是普遍存在成本高、不能大面积使用、易造成二次污染等问题,限制了其大规模化使用。生物炭价格低廉、来源广泛、制备工艺简单、环境污染少,且具有丰富的官能团、孔隙结构和较大的比表面积等特征,在重金属污染治理方面表现出良好的效果,受到研究者的普遍关注。本论文以南荻为原材料制备生物炭,并以此为研究对象,采取Fe~(2+)和Fe~(3+)混合溶液、NH_4Cl溶液为改性方法,制备了Fe改性生物炭、NH_4Cl改性生物炭和Fe-NH_4Cl双官能化生物炭,考察了不同种类生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)单离子溶液、双离子混合溶液、三离子混合溶液中研究其吸附性能,为生物炭在吸附应用方面奠定了理论基础。主要研究内容如下:1.以南荻秸秆为原料制备不同温度的生物炭,并采用Fe~(2+)和Fe~(3+)混合溶液对生物炭进行修饰,然后使用NH_4Cl改性,制备出Fe-NH_4Cl改性的双官能化生物炭,对不同种类生物炭进行表征,结果表明:原生物炭随着裂解温度的升高比表面积增大,400oC为8.7 m~2/g,600oC为230 m~2/g;改性生物炭的比表面积增大,Fe改性600oC生物炭的比表面积为307 m~2/g,NH_4Cl改性为337 m~2/g,双官能化改性生物炭为279m~2/g,其改性生物炭的比表面面积均大于未改性生物炭,表明改性可以增加生物炭的比表面积。2.单离子吸附实验表明,不同生物炭种类对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附效果不同,分析结果表明:生物炭投加量为2.0 g/L、吸附温度为30oC、吸附360 min,600oC生物炭的对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附量分别为13 mg/g、2 mg/g、2.5 mg/g优于400oC生物炭的吸附效果,分别为2 mg/g、1.5 mg/g、0.3 mg/g;在生物炭投加量为2.0 g/L、吸附温度为30oC、吸附360 min的条件下,在温度为600oC双官能化生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附量为24 mg/g,9.5 mg/g,9.4 mg/g,双官能化生物炭的吸附效果比单官能化和未改性生物炭的有优势;并对双官能化生物炭进行不同因素探究,结果表明,不同生物炭用量对重金属的吸附效果为,吸附用量为1.4 g/L,对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附量为35 mg/g,12 mg/g,11 mg/g;pH=5时双官能化生物炭对Cu~(2+)的吸附量为14 mg/g,pH=7时双官能化生物炭对Pb~(2+)的吸附量为35 mg/g,pH=7时双官能化生物炭对Cd~(2+)的吸附量为14 mg/g;溶液浓度为200 mg/L时双官能化生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附量为62 mg/g,33 mg/g,Cu~(2+)溶液浓度为100 mg/L时生物炭吸附量为33mg/g。3.多离子竞争吸附实验表明,在溶液初始浓度为100 mg/L,生物炭投加量为1.4g/L,吸附温度为30oC,pH=5吸附22h的条件下,双官能化生物炭对混合离子的吸附效果为:Pb~(2+)和Cu~(2+)混合溶液中,吸附量分别为32.0 mg/g,13 mg/g;Pb~(2+)和Cd~(2+)混合溶液中,吸附量分别为60 mg/g,19.02 mg/g;Cd~(2+)和Cu~(2+)混合溶液中,吸附量分别为20.0 mg/g,24.5 mg/g;在Pb~(2+)、Cd~(2+)和Cu~(2+)混合溶液中,吸附量分别为35.0 mg/g、7.5 mg/g、23 mg/g。结果表明,Pb~(2+)对Cd~(2+)、Cu~(2+)有一定的抑制作用,而溶液中Cd~(2+)对Cu~(2+)有促进作用。
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK6

【参考文献】