生物炭对水中邻苯二甲酸二乙酯的吸附研究

发布时间：2017-08-08 17:24

  本文关键词：生物炭对水中邻苯二甲酸二乙酯的吸附研究

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【摘要】：生物炭(Biochar)是由生物质材料在缺氧或无氧条件下热解形成的一种固态的、含碳量丰富、高度芳香化的碳质材料。生物炭具有较高的比表面积、发达的孔隙度结构、丰富的表面官能团等,研究其在土壤和水体中对有机污染物的吸附性能和吸附机制的相关工作已成为当前环境领域研究的一个热点。本文选用来源广泛且产量大的低价值的农业副产物—木屑、稻壳、玉米秆、芦竹、稻秆、麦秆为原料,经400℃热解制备生物炭,并以元素分析、比表面积仪、傅里叶变换光谱分析、电镜扫描、X射线衍射分析等表征其结构特征。针对当前环境中出现的增塑剂污染问题,通过序批吸附试验,研究不同生物炭对水中代表性增塑剂邻苯二甲酸二乙酯(DEP)的吸附动力学和热力学,以及不同环境因素对吸附性能的影响,并依据生物炭的连续吸附柱试验和解吸附试验,综合考虑生物炭制备成本等因素,为筛选高效低成本的生物炭吸附剂提供数据支持和理论支撑。主要研究结果如下：(1)在400℃热解而得的生物炭,热解产率为木屑生物炭稻秆生物炭稻壳生物炭芦竹生物炭麦秆生物炭玉米秆生物炭。不同原料制备的生物炭的组成和结构有较大的差异,稻秆和稻壳由于Si元素含量高而导致最终的灰分含量高,芦竹生物炭的碳含量最高；高温裂解使得生物炭形成大小不一的孔结构,生物炭的表面形态均表现为非均匀性,芦竹、玉米秆、麦秆保留着很好的“杆状”结构,而稻秆、稻壳由于富含硅而表现出“钟乳状”结构。不同原料制备的生物炭表面官能团的差异不大,生物炭的含氧官能团主要有羟基、羧基和羰基等。(2)相比于准一级动力学模型,准二级动力学模型更能准确地拟合生物炭对DEP的吸附过程，，说明吸附受化学过程控制,同时,颗粒内扩散模型也能很好地拟合吸附过程,说明吸附受颗粒内扩散过程控制。随着溶液pH值的增加(pH：2.5-10),生物炭对DEP的吸附量逐渐减少,而溶液的离子强度的增加(0.001-0.2mM)略微促进了对DEP的吸附效果,其原因可能为离子强度的增加使得DEP发生“盐析”现象,促进了DEP从溶液中吸附到各吸附剂上。生物炭对DEP的等温吸附曲线为非线性,Langmuir模型和Freundlich模型均能拟合DEP在各吸附剂上的吸附,另外吸附热力学表明,DEP在各生物炭上的吸附为自发且放热的,温度降低有利于生物炭对DEP的吸附。(3)连续吸附柱实验表明各生物炭对初始浓度为20 mg L-1的DEP的吸附效果较差,穿透曲线在较小体积下即可达到。双室一级动力学模型可以较好拟合DEP在各吸附上的解吸附,解吸附呈现先快后慢的现象。试验表明生物炭对DEP的解吸附率低,即吸附稳定性较好,稳定性顺序分别为：稻秆(0.962)芦竹(0.954)木屑(0.919)麦秆(0.914)稻壳(0.887)玉米秆(0.691)。生物炭对DEP的吸附可以从表面吸附作用和分配作用进行描述,其中分配作用在高浓度下占主导地位,具体吸附机制是包括孔填充作用、疏水作用、氢键作用等综合作用的结果。
【关键词】：生物炭 增塑剂 邻苯二甲酸二乙酯 吸附作用
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;O647.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 0 前言11-13
• 1 绪论13-27
• 1.1 增塑剂污染状况及健康风险13-17
• 1.2 DEP降解途径及修复技术17-19
• 1.2.1 物理/化学处理17-18
• 1.2.2 生物处理方法18
• 1.2.3 高级氧化处理18-19
• 1.3 生物炭的性质和应用19-25
• 1.3.1 生物炭的定义及起源19
• 1.3.2 生物炭的特性19-22
• 1.3.3 生物炭的应用领域22-25
• 1.4 研究意义、目标和技术路线25-27
• 1.4.1 研究意义25
• 1.4.2 研究目标25
• 1.4.3 研究内容25-26
• 1.4.4 研究路线26-27
• 2 生物炭的制备及结构特征27-39
• 2.1 生物炭的制备27-28
• 2.1.1 生物质原料27-28
• 2.1.2 生物质热解28
• 2.2 生物炭的表征28-30
• 2.2.1 实验材料和仪器28-29
• 2.2.2 表征方法29-30
• 2.3 数据分析30
• 2.4 结果与讨论30-38
• 2.4.1 生物炭的基本性质30-31
• 2.4.2 生物炭的表观特征31-34
• 2.4.3 生物炭的含氧官能团34-36
• 2.4.4 生物炭的矿物组分36-37
• 2.4.5 生物炭的Zeta电位37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 3 生物炭对DEP的吸附动力学和吸附效果39-53
• 3.1 材料与方法40-42
• 3.1.1 材料40
• 3.1.2 吸附实验40-41
• 3.1.3 DEP检测方法41
• 3.1.4 数据分析41-42
• 3.2 结果与讨论42-51
• 3.2.1 吸附动力学42-45
• 3.2.2 pH对吸附的影响45-46
• 3.2.3 离子强度的影响46-47
• 3.2.4 等温吸附线47-49
• 3.2.5 温度对吸附的影响49-51
• 3.3 本章小结51-53
• 4 生物炭对DEP的连续吸附和解吸附53-63
• 4.1 材料与方法53-54
• 4.1.1 连续吸附柱实验53-54
• 4.1.2 解吸附实验54
• 4.1.3 数据分析54
• 4.2 结果与讨论54-62
• 4.2.1 穿透曲线54-56
• 4.2.2 解吸附动力学56-57
• 4.2.3 吸附机理57-62
• 4.3 本章小结62-63
• 5 研究结论、创新点及展望63-66
• 5.1 结论63-64
• 5.2 创新点64
• 5.3 展望64-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-73
• 个人简历、在校期间发表的学术成果73

【参考文献】

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本文编号：641160