玉米芯活性炭的制备及对有机砷化合物的吸附性能研究

摘要

洛克沙胂（ROX）和阿散酸（ASA）作为禽畜类饲料添加剂在世界范围内大量使用。这类有机砷化合物会随禽畜粪便排入环境中，并在微生物或光降解作用下转化为毒性和流动性更强的无机砷，给生态环境和人体健康带来巨大威胁。吸附法是去除有机砷污染的有效方法之一。玉米芯是玉米生产中的副产品，因其丰富的资源，可再生性和低灰分等特点成为制备活性炭的理想材料。本文以玉米芯为原料，通过水蒸气活化法制备玉米芯活性炭（AC），并利用生产出的AC吸附法处理ROX和ASA废水。 以农业废弃物玉米芯为原料，利用响应面分析法的Box-Behnken设计（BBD）模型优化出水蒸气活化法制备活性炭的工艺条件。得到最佳工艺条件为活化温度892℃，活化时间40min，炭水比1:1.6(w:w)。在此条件下制备的活性炭碘吸附值达到1216.74mg/g，比表面积为1183.31m2/g。 考察了AC对ROX的吸附性能。利用响应面分析法的中心组合设计模型（CCD）对AC吸附ROX的吸附操作变量进行了优化。得到ROX最优吸附条件为吸附时间260min，吸附剂用量0.4g/L，pH2.5，ROX初始浓度240mg/L。热力学研究表明：ROX吸附平衡数据符合Langmuir和Sips等温线模型，在温度298K，AC吸附ROX的最大单分子层吸附量为309.62mg/g。AC对ROX的吸附是自发的放热过程，低温有利于吸附的进行。动力学研究发现，AC对ROX的吸附过程符合准二级动力学模型，吸附速率受颗粒内扩散和膜扩散的共同影响。 考察了AC对ASA的吸附性能。利用响应面分析法的中心组合设计模型对AC吸附ASA的吸附操作变量进行优化。得到ASA最优吸附条件为：吸附时间280min，吸附剂用量0.4g/L，pH2.0，ASA初始浓度120mg/L。热力学研究表明Freundlich、Sips和Redlich-Peterson吸附等温线模型能很好地描述AC对ASA的吸附行为，在温度298K，AC吸附ASA的最大吸附量为200.35mg/g。AC对ASA的吸附是自发的放热过程，低温有利于吸附的进行。动力学研究发现，AC对ASA的吸附过程可以用准二级动力学模型很好地描述，吸附过程不仅受颗粒内扩散控制，也受到膜扩散的影响。 研究结果表明：玉米芯活性炭对ROX和ASA具有很好的去除能力，可作为处理有机砷废水的吸附剂。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 有机砷的性质、应用与危害

1.2.1 有机砷的性质

1.2.2 有机砷的应用与危害

1.3 有机砷在环境中的转化与去除

1.3.1 有机砷在环境中的微生物转化

1.3.2 有机砷去除技术

1.4 活性炭吸附有机污染物的研究进展

1.4.1 活性炭的性质

1.4.2 活性炭制备方法和原料

1.4.3 活性炭吸附法去除有机污染物

1.5 研究目的与内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究内容

2 玉米芯活性炭的制备

2.1 实验原料与方法

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验仪器与试剂

2.1.3 实验装置与流程

2.1.4 响应面设计

2.1.5 分析方法

2.2 结果与讨论

2.2.1 实验矩阵与模型分析

2.2.2 方差分析

2.2.3 响应面分析

2.2.4 原料及活性炭表征

2.3 小结

3 玉米芯活性炭对洛克沙胂的吸附性能研究

3.1 吸附实验内容和方法

3.1.1 实验仪器与试剂

3.1.2 吸附剂的制备

3.1.3 实验方法

3.1.4 响应面设计

3.1.5 分析方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 响应面结果分析

3.2.2 吸附等温线研究

3.2.3 热力学参数计算

3.2.4 吸附动力学研究

3.2.5 吸附表征

3.2.6 吸附机理探讨

3.3 小结

4 玉米芯活性炭对阿散酸的吸附性能研究

4.1 吸附实验内容和方法

4.1.1 实验仪器与试剂

4.1.2 吸附剂的制备

4.1.3 实验方法

4.1.4 响应面设计

4.1.5 分析方法

4.2 结果与讨论

4.2.1 响应面结果分析

4.2.2 吸附等温线研究

4.2.3 热力学参数计算

4.2.4 吸附动力学研究

4.2.5 吸附表征

4.2.6 吸附机理探讨

4.3 小结

5 结论与展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢