铁/生物炭复合材料的制备及对水中磷的吸附性能的研究
发布时间：2021-09-03 09:29
工农业的快速发展使得大量的外源营养盐输入环境,加速了水体的富营养化进程,对水生生态系统构成严重威胁,影响水资源的有效利用。为寻求环境友好、价格低廉的新型磷吸附材料,本文使用秸秆来源的生物炭作为原材料,制备复合型吸附剂去除水中磷酸盐,为生物炭在废水除磷领域的技术化应用提供了实验基础,为水中磷酸盐的回收利用提供了新思路。本文分别利用挤出-滚圆法和辊压机压片-切割法将生物炭制成颗粒状。清水溶出实验和表征结果显示,压片-切割法得到的粒状生物炭（Bg-3）可以应用于水相并易于回收,而成粒过程产生的额外孔道有利于增加生物炭的吸附容量。为进一步提高吸附剂的除磷率,本文通过化学沉淀法在粒状生物炭的内外表面负载铁氧化物。SEM、TEM（EELS）、BET、XRD和XPS等多种表征结果表明,负载的Fe主要以Fe OOH和Fe2O3的形式存在,大幅提高了吸附剂的比表面积和孔体积,并提供了吸附剂中主要的磷吸附位点。载铁粒状生物炭（Bg-FO-1）对水中磷的去除率达到了96.3%（初始磷酸盐浓度为20 mg/L）,动力学实验数据与拟一级动力学模型的拟合度最高。在此基础上,研究中使用酸、碱和表面活性剂加热浸渍等多...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PTFE的分子结构式Fig2-1StructureofPTFE
甘露糖醛酸）和 G 单体（a-L-古罗糖醛酸）两部分构成，整个的分子式中即包含MM、MG 和 GG 片段（见图 2-2）。三种片段在海藻酸中成无规则嵌段式排列海藻酸的来源不同时包含的 M 和 G 单体数量和排布方式差异会直接影响海藻酸盐的溶解度、变形性等特性。其中 GG 成锯齿状结构，弹性最小，而 MM 则为双螺旋状，是最有韧性的结构片段[115]。海藻酸钠为最为常见的海藻酸之一。海藻酸纳含有大量的羟基，Ca2+会优先于 G 片段上的多个 O 原子发生螯合作用，发生凝聚，形成网状凝胶。海藻酸钙凝胶的黏性很大，可以将诸多点位粘连形成巨大的交联状骨架。考虑到海藻酸钙凝胶的特性及良好的生物相容性，在组织工程支架，医药制药方面[116]对海藻酸钙凝胶都有大量的应用研究。Gao[117]等将多壁碳纳米管和四氧化三铁颗粒与海藻酸钠混合，制备成的载铁碳纳米管混合膜，以达到降低膜的结晶度并提供快速移动的微通道的作用。实验表明得到的混合膜表现出优异特性，膜通量高达 2211 g/m2·h。Minoru[118]等则制备基于含有碳纳米管的藻酸盐水凝胶作为一种新颖的支架材料，并对其机械性能和生物相容性了评价。实验结果表明该凝胶 CNT-ALG 与传统海藻酸钙凝胶相比机械强度更高。
度以及孔隙率等性质[123]。同样，滚圆时间，滚圆时的温度和湿度等都会对最终产品的形貌效果产生影响。（2）辊压机压片法辊压机压片法常见于电极材料的制备[124]。电极使用的活性炭和炭黑均为碳质粉体材料，需要将其与黏合剂（如酚醛树脂，聚偏氟乙烯，PTFE 乳液等）、固化剂混合以保证电极成型。混合后的湿料经过辊压机反复压制成薄片，再用打孔机切割成需要的形状。实验中借鉴这种方式将生物炭与黏合剂混合后经辊压机压制成片状碳材料，再经过切割得到适合的粒状生物炭。2.2.4 粒状生物炭的制备实验中使用的生物炭为 350°C 下限氧烧制的棉花秸秆生物炭[65]，含有较多杂质，且粒度不均匀，不能直接用于造粒。在使用前，使用粉碎研磨机（电机转速 27000rpm）将生物炭研磨 5 min 后过 160 目筛网，筛选后用去离子水清洗，80°C 烘干 24h 后备用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]改性碳纳米管吸附去除水中磷酸盐的研究[J]. 韩嘉欣,万洪善,李丽. 化工时刊. 2015(11)
[2]《活性炭分类和命名》国家标准解读[J]. 张旭,迟广秀,李怀珠,李若梅,杜平,雷雪清. 中国个体防护装备. 2015(05)
[3]活性炭改性方法的研究进展[J]. 陆伟玮,刘廷凤,秦玲,李兴宇,王尔. 广州化工. 2015(10)
[4]生物碳吸附回收废水磷素的研究进展[J]. 方慈,张涛,江荣风. 中国科技论文. 2015(03)
[5]扫描透射电子显微镜及电子能量损失谱的原理及应用[J]. 李超,杨光. 物理. 2014(09)
[6]玉米秸秆活性炭制备与NaOH改性对甲醛吸附的影响[J]. 刘耀源,邹长武,李晓芬,石磊,王婷,杨以萱,侯天瑶. 炭素技术. 2014(03)
[7]X射线光电子能谱在材料表面研究中的应用[J]. 余锦涛,郭占成,冯婷,支歆. 表面技术. 2014(01)
[8]阳离子表面活性剂改性的活性炭吸附砷（V）和砷（Ⅲ）[J]. 陈维芳,王宏岩,于哲,林淑英. 环境科学学报. 2013(12)
[9]诱导HAP结晶回收污水中磷主要影响因素分析[J]. 邹海明,吕锡武,李婷. 东南大学学报(自然科学版). 2013(05)
[10]水动力条件对水体富营养化的影响[J]. 梁培瑜,王烜,马芳冰. 湖泊科学. 2013(04)
博士论文
[1]几种亚稳态铁氧化物的结构、形成转化及其表面物理化学特性[D]. 王小明.华中农业大学 2015
[2]净水厂工艺废水中污泥制备吸附剂及对水中Cr6+的吸附特性[D]. 任新.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于壳聚糖与海藻酸钠的改性聚合物的制备结构与性能研究[D]. 袁毅桦.华南理工大学 2012
[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]磁铁矿、菱铁矿和四方纤铁矿的合成及其生物矿化意义[D]. 曲晓飞.中国科学技术大学 2011
[6]挤出滚圆法制备球形颗粒的一些关键技术的研究[D]. 张瑞十.华东理工大学 2010
[7]序批式活性污泥工艺（SBR）自动化控制及工艺性能研究[D]. 董国日.中南大学 2007
硕士论文
[1]酸改性活性炭的制备及其去除Cr（Ⅵ）的研究[D]. 姚瑶.湖南大学 2014
[2]制备过程和表面改性对煤质活性炭官能团影响规律研究[D]. 王迪.中国矿业大学 2014
[3]结构化固定床吸附动力学及其应用研究[D]. 周宇.华南理工大学 2014
[4]化学共沉淀法制备Mn-Zn铁氧体及其磁性能研究[D]. 梁晓曦.昆明理工大学 2014
[5]基于降低氮磷出水浓度的A2/0-GAC工艺数学建模的探索[D]. 王洪贞.昆明理工大学 2013
[6]单级好氧除磷工艺与A/O除磷工艺的对比研究[D]. 杨帆.湖南大学 2012
[7]交联海藻酸钙纤维的制备与性能研究[D]. 朱立华.青岛大学 2012
[8]pH值和碳源浓度对SBR单级好氧生物除磷的影响研究[D]. 丁艳.湖南大学 2011
[9]关于挤出滚圆颗粒的成形过程分析及造粒技术研究[D]. 曲瑞波.华东理工大学 2011
[10]导电高分子修饰活性炭电极的制备与电化学性能研究[D]. 刘兰.中国海洋大学 2010
本文编号：3380862
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PTFE的分子结构式Fig2-1StructureofPTFE
甘露糖醛酸）和 G 单体（a-L-古罗糖醛酸）两部分构成，整个的分子式中即包含MM、MG 和 GG 片段（见图 2-2）。三种片段在海藻酸中成无规则嵌段式排列海藻酸的来源不同时包含的 M 和 G 单体数量和排布方式差异会直接影响海藻酸盐的溶解度、变形性等特性。其中 GG 成锯齿状结构，弹性最小，而 MM 则为双螺旋状，是最有韧性的结构片段[115]。海藻酸钠为最为常见的海藻酸之一。海藻酸纳含有大量的羟基，Ca2+会优先于 G 片段上的多个 O 原子发生螯合作用，发生凝聚，形成网状凝胶。海藻酸钙凝胶的黏性很大，可以将诸多点位粘连形成巨大的交联状骨架。考虑到海藻酸钙凝胶的特性及良好的生物相容性，在组织工程支架，医药制药方面[116]对海藻酸钙凝胶都有大量的应用研究。Gao[117]等将多壁碳纳米管和四氧化三铁颗粒与海藻酸钠混合，制备成的载铁碳纳米管混合膜，以达到降低膜的结晶度并提供快速移动的微通道的作用。实验表明得到的混合膜表现出优异特性，膜通量高达 2211 g/m2·h。Minoru[118]等则制备基于含有碳纳米管的藻酸盐水凝胶作为一种新颖的支架材料，并对其机械性能和生物相容性了评价。实验结果表明该凝胶 CNT-ALG 与传统海藻酸钙凝胶相比机械强度更高。
度以及孔隙率等性质[123]。同样，滚圆时间，滚圆时的温度和湿度等都会对最终产品的形貌效果产生影响。（2）辊压机压片法辊压机压片法常见于电极材料的制备[124]。电极使用的活性炭和炭黑均为碳质粉体材料，需要将其与黏合剂（如酚醛树脂，聚偏氟乙烯，PTFE 乳液等）、固化剂混合以保证电极成型。混合后的湿料经过辊压机反复压制成薄片，再用打孔机切割成需要的形状。实验中借鉴这种方式将生物炭与黏合剂混合后经辊压机压制成片状碳材料，再经过切割得到适合的粒状生物炭。2.2.4 粒状生物炭的制备实验中使用的生物炭为 350°C 下限氧烧制的棉花秸秆生物炭[65]，含有较多杂质，且粒度不均匀，不能直接用于造粒。在使用前，使用粉碎研磨机（电机转速 27000rpm）将生物炭研磨 5 min 后过 160 目筛网，筛选后用去离子水清洗，80°C 烘干 24h 后备用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]改性碳纳米管吸附去除水中磷酸盐的研究[J]. 韩嘉欣,万洪善,李丽. 化工时刊. 2015(11)
[2]《活性炭分类和命名》国家标准解读[J]. 张旭,迟广秀,李怀珠,李若梅,杜平,雷雪清. 中国个体防护装备. 2015(05)
[3]活性炭改性方法的研究进展[J]. 陆伟玮,刘廷凤,秦玲,李兴宇,王尔. 广州化工. 2015(10)
[4]生物碳吸附回收废水磷素的研究进展[J]. 方慈,张涛,江荣风. 中国科技论文. 2015(03)
[5]扫描透射电子显微镜及电子能量损失谱的原理及应用[J]. 李超,杨光. 物理. 2014(09)
[6]玉米秸秆活性炭制备与NaOH改性对甲醛吸附的影响[J]. 刘耀源,邹长武,李晓芬,石磊,王婷,杨以萱,侯天瑶. 炭素技术. 2014(03)
[7]X射线光电子能谱在材料表面研究中的应用[J]. 余锦涛,郭占成,冯婷,支歆. 表面技术. 2014(01)
[8]阳离子表面活性剂改性的活性炭吸附砷（V）和砷（Ⅲ）[J]. 陈维芳,王宏岩,于哲,林淑英. 环境科学学报. 2013(12)
[9]诱导HAP结晶回收污水中磷主要影响因素分析[J]. 邹海明,吕锡武,李婷. 东南大学学报(自然科学版). 2013(05)
[10]水动力条件对水体富营养化的影响[J]. 梁培瑜,王烜,马芳冰. 湖泊科学. 2013(04)
博士论文
[1]几种亚稳态铁氧化物的结构、形成转化及其表面物理化学特性[D]. 王小明.华中农业大学 2015
[2]净水厂工艺废水中污泥制备吸附剂及对水中Cr6+的吸附特性[D]. 任新.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于壳聚糖与海藻酸钠的改性聚合物的制备结构与性能研究[D]. 袁毅桦.华南理工大学 2012
[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]磁铁矿、菱铁矿和四方纤铁矿的合成及其生物矿化意义[D]. 曲晓飞.中国科学技术大学 2011
[6]挤出滚圆法制备球形颗粒的一些关键技术的研究[D]. 张瑞十.华东理工大学 2010
[7]序批式活性污泥工艺（SBR）自动化控制及工艺性能研究[D]. 董国日.中南大学 2007
硕士论文
[1]酸改性活性炭的制备及其去除Cr（Ⅵ）的研究[D]. 姚瑶.湖南大学 2014
[2]制备过程和表面改性对煤质活性炭官能团影响规律研究[D]. 王迪.中国矿业大学 2014
[3]结构化固定床吸附动力学及其应用研究[D]. 周宇.华南理工大学 2014
[4]化学共沉淀法制备Mn-Zn铁氧体及其磁性能研究[D]. 梁晓曦.昆明理工大学 2014
[5]基于降低氮磷出水浓度的A2/0-GAC工艺数学建模的探索[D]. 王洪贞.昆明理工大学 2013
[6]单级好氧除磷工艺与A/O除磷工艺的对比研究[D]. 杨帆.湖南大学 2012
[7]交联海藻酸钙纤维的制备与性能研究[D]. 朱立华.青岛大学 2012
[8]pH值和碳源浓度对SBR单级好氧生物除磷的影响研究[D]. 丁艳.湖南大学 2011
[9]关于挤出滚圆颗粒的成形过程分析及造粒技术研究[D]. 曲瑞波.华东理工大学 2011
[10]导电高分子修饰活性炭电极的制备与电化学性能研究[D]. 刘兰.中国海洋大学 2010
本文编号：3380862
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