新型生物质磁性材料的研制、对高氯酸盐的吸附及厌氧还原研究
发布时间：2021-04-16 18:28
中国作为农业大国,农作物种植规模庞大,秸秆资源丰富。提高农作物秸秆资源的综合转化利用效率,有利于促进我国农业结构调整,减缓大气污染压力,增加农村经济收入,推动实现我国可持续性发展战略。农作物秸秆含有大量的羟基、羧基、肽链等活性官能基团,为其生物质的化学改性提供了结构基础。由植物内部多孔道结构产生的高比表面积,为秸秆材料制备成生物质吸附剂保证了物质条件。基于此,本文以成本低廉的玉米秸秆为主要原料,利用磁体负载工艺以及化学改性技术,研制出环境友好、易分离的新型生物质磁性吸附剂（MAB-CS）,并用于对高氯酸盐污染物的吸附去除,有效提高了生物质资源的综合化利用效率,实现了农作物秸秆的高值化利用。论文优化确定了 MAB-CS的制备工艺以及改性参数,制备出对高氯酸盐污染物具有高效吸附效果的新型生物质磁性吸附剂。本研究对MAB-CS进行了结构表征,探讨了 MAB-CS对水中高氯酸盐的静态吸附-脱附与动态吸附-脱附特征,明确了 MAB-CS对溶液中高氯酸盐的吸附特性与构效关系,揭示了 MAB-CS对高氯酸盐污染物的吸附机理。此外,针对高氯酸盐污染物的可微生物还原特性,本研究驯化并利用混合厌氧微生物菌...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１研宄技术路线图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｔｈｅ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏｕｔｅ?ｏｆ?ｓｔｕｄｙ??
种营养物质。秸秆中各物质的平均含量分别为有机质１５％，碳４４．２２％，氮０．６２％，??磷０．２５％，钾１．４４％，同时，秸秆还含有少量的镁、钙、硫及其他微量元素｜３５１。??秸秆材料的有机成分以纤维素、半纤维素、木质素为主（见图２－０，同时还含有??少量蛋白质、氨基酸、树脂、单宁等物质。秸秆材料普遍含有丰富的粗纤维物质，??其中纤维素含量一般占据所有组分４０％以上。不同种类的农作物秸秆材料的纤??维类化学组分含量略有不同，如玉米秸秆含纤维素３４？４５％，半纤维素２０？３５％，??木质素１５？２０％；麦草秸秆含纤维素３３￣４０％，半纤维素２０￣２５％，木质素１５？２０％；??稻草秸杆含纤维素３５％，半纤维素２５％，木质素１２％［３６１。??一??Ｈ—議??爱?ＳＪｌ？?〇－ｊ?＾?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｐｒｏｔｅｉｎ??进Ｉ??图２－１玉米秸秆结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｒｎ?ｓｔａｌｋｓ??如图２－］所示，农作物秸秆的基本支架由纤维素、半纤维素和木质素组成Ｉ３７１。??纤维素形成微细纤维构成生物质的纤维结构，进而成为秸杆细胞壁的网状结构。??在秸秆微细纤维和纤维细胞之间，木质素与半纤维素作为填充剂和粘合剂促使细??胞壁紧密结合在一起
ＡＧＵ）组成，通过Ｐ－（ｌ－４）－糖苷键链接作用，最终形成直线型无水葡萄糖类高分??子化合物。纤维素分子聚合度高，分子量大（约２００万），化学分子式为（Ｃ６ＨｉＧ〇５）ｎ??（ｎ为聚合度），含碳４４．４４％，氢４９．３９％，氧４９．３９％。纤维素化学结构见图２－??２ａ，聚合物中Ｃ－０－Ｃ键键能低于Ｃ－Ｃ键，易断裂，并发生降解反应。纤维素分??子之间存在氢键，常温条件下化学性质稳定，不溶于水、稀酸和一般有机溶剂。??纤维素分子中基环上的醇羟基之间存在氢键与分子间引力，可形成紧密有序的晶??体结构纤维束－微纤维，使纤维素分子结构中葡萄糖链紧密结合，提高分子结晶??程度，构成高度结晶的分子结构［４（）１。基于分子间氢键与葡萄糖基上活泼羟基，纤??维素分子化学性质活泼
【参考文献】：
期刊论文
[1]山东省主要农作物秸秆资源评估及肥料化利用经济效益分析[J]. 庞力豪,邵蕾,葛猜猜,李萌,张羽飞,王丽霞. 山东农业科学. 2018(12)
[2]高氯酸盐的危害、水污染现状与去除技术研究进展[J]. 闻自强,郑雯静,沈昊宇,胡美琴. 环境化学. 2019(01)
[3]我国秸秆综合利用面临形势与对策研究[J]. 石祖梁,邵宇航,王飞,王久臣,孙仁华,宋成军,李想. 中国农业资源与区划. 2018(10)
[4]秸秆及磁性秸秆吸附剂对废水中亚甲基蓝的去除行为及机理[J]. 廖云开,李林璇,范世锁. 环境科学学报. 2019(02)
[5]高氯酸盐的来源、危害及其检测方法研究进展[J]. 郑雯静,闻自强,沈昊宇,胡美琴. 环境科学与技术. 2018(S1)
[6]农作物秸秆的综合利用[J]. 王宁,郭靖,李京彦. 山西科技. 2018(03)
[7]磁性生物吸附剂的制备与灌溉水镉处理研究[J]. 任嘉琳,刘耀驰,纪雄辉. 广州化工. 2018(09)
[8]水稻秸秆生物质吸附剂对油性物的吸附性能研究[J]. 刘畅,谢娟. 生物化工. 2018(02)
[9]生物质碳负载铁-钴磁性复合材料的合成及在染料废水处理中的应用[J]. 胡鹏,牛静,薛首峰,王姣姣,张宁. 化工新型材料. 2018(04)
[10]纤维素基磁性吸附剂的制备及其吸附金属离子性能[J]. 哈丽丹·买买提,张云飞,古尼萨柯孜·伊斯拉木,约日古丽·麦麦提. 功能材料. 2018(02)
博士论文
[1]小麦秸秆及其纤维素的改性与吸附水体中Pb（Ⅱ）和As（Ⅴ）的机理研究[D]. 马芳.西北农林科技大学 2017
[2]阳离子型生物质吸附剂的研制及其去除水中阴离子的效能及再生研究[D]. 许醒.山东大学 2014
[3]基于磁性纳米颗粒的功能化复合材料的制备及其吸附性能研究[D]. 邓小娟.天津大学 2014
[4]玉米秸秆的改性及其对六价铬离子吸附性能的研究[D]. 陈素红.山东大学 2012
[5]利用农业秸秆制备阴离子吸附剂及其性能的研究[D]. 王宇.山东大学 2007
硕士论文
[1]玉米秸秆基生物质碳材料的制备及其电化学性能研究[D]. 李纯.吉林大学 2018
[2]磁性生物质炭对水体中典型污染物的吸附特性研究[D]. 席志楠.山西大学 2017
[3]新型磁性吸附剂的制备及其对水中四环素吸附性能的研究[D]. 刘芳兵.西北农林科技大学 2017
[4]活性炭负载亚铁离子和纳米零价铁去除水中高氯酸盐的研究[D]. 石伟.江西理工大学 2016
[5]磁性吸附剂的制备及其性能研究[D]. 郭静.天津工业大学 2016
[6]生物质基磁性吸附剂处理铅冶炼废水的研究[D]. 莫雅圆.广西大学 2015
[7]壳聚糖稳定型纳米铁去除水中高氯酸盐的研究[D]. 刘国明.成都理工大学 2015
[8]农作物秸秆资源量估算、分布与利用潜力研究[D]. 车莉.大连理工大学 2014
[9]基于玉米秸秆乙醇化的氨化预处理与酶解工艺研究[D]. 晏飞来.西南大学 2010
本文编号：3141946
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１研宄技术路线图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｔｈｅ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏｕｔｅ?ｏｆ?ｓｔｕｄｙ??
种营养物质。秸秆中各物质的平均含量分别为有机质１５％，碳４４．２２％，氮０．６２％，??磷０．２５％，钾１．４４％，同时，秸秆还含有少量的镁、钙、硫及其他微量元素｜３５１。??秸秆材料的有机成分以纤维素、半纤维素、木质素为主（见图２－０，同时还含有??少量蛋白质、氨基酸、树脂、单宁等物质。秸秆材料普遍含有丰富的粗纤维物质，??其中纤维素含量一般占据所有组分４０％以上。不同种类的农作物秸秆材料的纤??维类化学组分含量略有不同，如玉米秸秆含纤维素３４？４５％，半纤维素２０？３５％，??木质素１５？２０％；麦草秸秆含纤维素３３￣４０％，半纤维素２０￣２５％，木质素１５？２０％；??稻草秸杆含纤维素３５％，半纤维素２５％，木质素１２％［３６１。??一??Ｈ—議??爱?ＳＪｌ？?〇－ｊ?＾?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｐｒｏｔｅｉｎ??进Ｉ??图２－１玉米秸秆结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｒｎ?ｓｔａｌｋｓ??如图２－］所示，农作物秸秆的基本支架由纤维素、半纤维素和木质素组成Ｉ３７１。??纤维素形成微细纤维构成生物质的纤维结构，进而成为秸杆细胞壁的网状结构。??在秸秆微细纤维和纤维细胞之间，木质素与半纤维素作为填充剂和粘合剂促使细??胞壁紧密结合在一起
ＡＧＵ）组成，通过Ｐ－（ｌ－４）－糖苷键链接作用，最终形成直线型无水葡萄糖类高分??子化合物。纤维素分子聚合度高，分子量大（约２００万），化学分子式为（Ｃ６ＨｉＧ〇５）ｎ??（ｎ为聚合度），含碳４４．４４％，氢４９．３９％，氧４９．３９％。纤维素化学结构见图２－??２ａ，聚合物中Ｃ－０－Ｃ键键能低于Ｃ－Ｃ键，易断裂，并发生降解反应。纤维素分??子之间存在氢键，常温条件下化学性质稳定，不溶于水、稀酸和一般有机溶剂。??纤维素分子中基环上的醇羟基之间存在氢键与分子间引力，可形成紧密有序的晶??体结构纤维束－微纤维，使纤维素分子结构中葡萄糖链紧密结合，提高分子结晶??程度，构成高度结晶的分子结构［４（）１。基于分子间氢键与葡萄糖基上活泼羟基，纤??维素分子化学性质活泼
【参考文献】：
期刊论文
[1]山东省主要农作物秸秆资源评估及肥料化利用经济效益分析[J]. 庞力豪,邵蕾,葛猜猜,李萌,张羽飞,王丽霞. 山东农业科学. 2018(12)
[2]高氯酸盐的危害、水污染现状与去除技术研究进展[J]. 闻自强,郑雯静,沈昊宇,胡美琴. 环境化学. 2019(01)
[3]我国秸秆综合利用面临形势与对策研究[J]. 石祖梁,邵宇航,王飞,王久臣,孙仁华,宋成军,李想. 中国农业资源与区划. 2018(10)
[4]秸秆及磁性秸秆吸附剂对废水中亚甲基蓝的去除行为及机理[J]. 廖云开,李林璇,范世锁. 环境科学学报. 2019(02)
[5]高氯酸盐的来源、危害及其检测方法研究进展[J]. 郑雯静,闻自强,沈昊宇,胡美琴. 环境科学与技术. 2018(S1)
[6]农作物秸秆的综合利用[J]. 王宁,郭靖,李京彦. 山西科技. 2018(03)
[7]磁性生物吸附剂的制备与灌溉水镉处理研究[J]. 任嘉琳,刘耀驰,纪雄辉. 广州化工. 2018(09)
[8]水稻秸秆生物质吸附剂对油性物的吸附性能研究[J]. 刘畅,谢娟. 生物化工. 2018(02)
[9]生物质碳负载铁-钴磁性复合材料的合成及在染料废水处理中的应用[J]. 胡鹏,牛静,薛首峰,王姣姣,张宁. 化工新型材料. 2018(04)
[10]纤维素基磁性吸附剂的制备及其吸附金属离子性能[J]. 哈丽丹·买买提,张云飞,古尼萨柯孜·伊斯拉木,约日古丽·麦麦提. 功能材料. 2018(02)
博士论文
[1]小麦秸秆及其纤维素的改性与吸附水体中Pb（Ⅱ）和As（Ⅴ）的机理研究[D]. 马芳.西北农林科技大学 2017
[2]阳离子型生物质吸附剂的研制及其去除水中阴离子的效能及再生研究[D]. 许醒.山东大学 2014
[3]基于磁性纳米颗粒的功能化复合材料的制备及其吸附性能研究[D]. 邓小娟.天津大学 2014
[4]玉米秸秆的改性及其对六价铬离子吸附性能的研究[D]. 陈素红.山东大学 2012
[5]利用农业秸秆制备阴离子吸附剂及其性能的研究[D]. 王宇.山东大学 2007
硕士论文
[1]玉米秸秆基生物质碳材料的制备及其电化学性能研究[D]. 李纯.吉林大学 2018
[2]磁性生物质炭对水体中典型污染物的吸附特性研究[D]. 席志楠.山西大学 2017
[3]新型磁性吸附剂的制备及其对水中四环素吸附性能的研究[D]. 刘芳兵.西北农林科技大学 2017
[4]活性炭负载亚铁离子和纳米零价铁去除水中高氯酸盐的研究[D]. 石伟.江西理工大学 2016
[5]磁性吸附剂的制备及其性能研究[D]. 郭静.天津工业大学 2016
[6]生物质基磁性吸附剂处理铅冶炼废水的研究[D]. 莫雅圆.广西大学 2015
[7]壳聚糖稳定型纳米铁去除水中高氯酸盐的研究[D]. 刘国明.成都理工大学 2015
[8]农作物秸秆资源量估算、分布与利用潜力研究[D]. 车莉.大连理工大学 2014
[9]基于玉米秸秆乙醇化的氨化预处理与酶解工艺研究[D]. 晏飞来.西南大学 2010
本文编号：3141946
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