【摘要】：论文利用稻秆、麦秸、玉米秸、花生壳四种生物质为原材料,分别通过粉碎、炭化、改性制成了原生材料、炭黑材料以及改性材料三类吸附剂,共12种。分别对这12种吸附剂吸附Cu(Ⅱ)进行了研究。采用扫描电镜分析、比表面积分析和红外光谱分析对吸附剂进行了表征研究,考察了吸附时间、pH、吸附剂投加量、温度、离子强度、与Cd(Ⅱ)的竞争吸附对吸附效果的影响,建立了吸附动力学和吸附热力学模型,对其进行了系统研究,探讨吸附机理。对吸附剂的再生进行了实验与分析。主要研究内容和结果如下：1.生物质原材料及炭化、改性后性能的表征。从性能表征的结果来看,四种生物质原材料表面呈无孔结构,吸附剂表面结构平滑,致密有序,比表面积很小。四种生物质原材料经过高温炭化后,从无孔吸附材料变成了多孔吸附材料,具有多孔隙结构,使得比表面积大大增加,对污染物的吸附容量也增加很多。四种生物质原材料经过氯化锌结合微波辐射改性后,使得纤维类物质脱氢芳构化,同时形成比较丰富的孔隙,使得比表面积有所增加。简单官能团之间相互结合,形成了有利于吸附重金属的高分子结构官能团。微波的活化破坏了碱性官能团,使酸性官能团集中,使得改性生物质的吸附能力在一定程度上得到了提升。稻秆、麦秸、玉米秸的改性最为明显,其吸附性能的变化相比于改性前有了明显的提高,改性花生壳的吸附性能相比于改性前也有了较大的提高。2.生物质原材料、炭化材料及改性材料的吸附性能。从吸附性能的结果来看,改性材料和炭化材料的吸附性能大大优于生物质原材料,改性材料的吸附性能和炭化材料相比,稍显优势。同一类的吸附材料又以花生壳的吸附性能优于其他三种吸附材料。改性花生壳的吸附量最高,达到了46.2mg/g,炭化花生壳次之,达到了43.1 mg/g,都远高于花生壳原材料29.2 mg/g的吸附量。3.不同吸附时间、炭化温度、pH、吸附剂投加量、温度、离子强度、与Cd(Ⅱ)的竞争吸附对生物质吸附Cu(Ⅱ)的影响。这些单因素对四种生物质原材料、炭化材料和改性材料吸附Cu(Ⅱ)的效果来看,三类材料的吸附平衡时间基本都在8-12h这个区间。炭化材料随着炭化温度的升高,吸附量增加。pH值在1-6这个区间,吸附量随着pH增加而增加,pH为6时,吸附量最高。吸附剂投加量的增大,三类吸附材料对Cu(Ⅱ)的去除率也随之升高,但投加量增大到一定程度,去除率的变化不再明显,投加量均为0.20g作为吸附剂的最佳投加量。随着温度的升高,吸附量增加。吸附量随着离子强度的增加而降低,并且二价离子比一价离子抑制吸附.的能力更强,总的来说,下降量比较小,离子强度对Cu(Ⅱ)的吸附量影响较小。随着Cd(Ⅱ)浓度的增加Cu(Ⅱ)的吸附量下降缓慢,Cd(Ⅱ)的存在对Cu(Ⅱ)的吸附量影响是有限。4.吸附动力学研究。从吸附动力学及模型拟合分析来看,拟一级动力学和拟二级动力学都能较好的拟合这三类吸附材料吸附Cu(Ⅱ)的吸附过程,相比于拟一级动力学,拟二级动力学方程能更好地描述吸附过程,拟二级动力学反映出这三类吸附材料的吸附速率与Cu(Ⅱ)浓度的二次方成正比。5.吸附热力学研究。从吸附热力学及模型拟合分析来看,原生材料、炭黑材料、改性材料吸附剂处理Cu(Ⅱ)溶液的吸附等温线均符合Langmuir等温线模型和Freundlich等温线模型,说明吸附介于单分子层和多分子层之间,吸附剂表面并不是均一稳定的,对吸附过程有一定的影响。热力学研究表明,原生材料、炭黑材料、改性材料吸附剂吸附Cu(Ⅱ)的过程中,△G0、ΔH0,△SO说明吸附过程是自发进行的吸热反应,升温有利于吸附的进行；Cu(Ⅱ)从溶液中溶解的状态到被吸附的状态是无序增加的过程。6.吸附剂再生研究。从再生的结果来看,用HCl溶液、NaCl溶液和去离子水作再生吸附剂,Cu(Ⅱ)在吸附剂上的脱附效果：HClNaCl去离子水。循环三次吸附再生实验,吸附剂对Cu(Ⅱ)的吸附能力下降较小,说明这三类生物质材料可以重复吸附水溶液中的金属离子。学位论文为处理重金属废水提供了一种新的高效价廉的处理思路,同时也为农业废弃物的再利用提供了一个新的出路,通过炭化、改性后的生物质材料,能够为重金属废水的处理提供一个新的处理途径。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
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