生物质炭对Pb(Ⅱ)和离子型染料的吸附性能研究

摘要

随着农业生产水平和农民生活水平的不断提高，农林废弃物的利用越来越少，农林废弃物越来越多，不合理处置不仅造成资源浪费，还会导致环境污染。因而，农业废弃物生物质资源化利用研究具有重要的意义。在众多的农业废弃物生物质资源化技术中利用农林废弃物制备生物质炭受到广泛的关注。生物质炭不仅可以降低碳排放，而且可以用于环境修复。研究表明原料来源十分广泛、制备简单的生物质炭具有较高的稳定性，部分生物质炭拥有良好的吸附性能，可以作为废水处理污染物去除的廉价吸附剂。本论文以多种类型的生物质废弃物为原料以不同的炭化方式制备生物质炭，讨论其性质，并选取其中几种生物质炭研究其对重金属离子Pb2+、染料亚甲基蓝阳离子和刚果红阴离子的吸附性能与机理，以期筛选出高吸附效率的生物质炭吸附剂。实验结果如下:
　　1)对甜蔗渣、甘蔗渣、花生壳、山核桃木、松针、苔藓、猪粪和生物污泥8种原料热解制成的生物质炭的表面形貌、物相结构、比表面积、热稳定性、元素组成方面进行分析。结果表明不同原料的生物质炭的理化性质差别较为明显，在水溶液中，生物质炭均会释放出营养矿物元素;在酸性条件下，生物质炭会释放出部分有毒重金属。所试生物质炭均在碱性范围，且电荷零点较高。
　　2)以山核桃木，松针，苔藓，猪粪和污泥5种生物质炭对Pb2+、亚甲基蓝和刚果红染料进行吸附试验，考察pH、初始浓度和反应时间对吸附效果的影响。pH影响实验显示生物质炭对Pb2+、亚甲基蓝和刚果红受pH的影响均较为显著。吸附质浓度变化效应实验显示，生物污泥类生物质炭对三种污染物的吸附量均大于植物类炭的吸附量。生物质炭对Pb2+、亚甲基蓝和刚果红的吸附均能以Langmuir方程及Freundlich方程拟合。且在实验浓度范围内，Pb2+的吸附用Langmuir方程描述更好，而亚甲基蓝和刚果红的吸附用Freundlich方程描述更好。时间实验显示，溶液浓度较高时生物质炭的吸附速率较快，但达到吸附平衡所需时间较长。生物质炭三种污染物的吸附过程均符合伪二级动力学模型，且颗粒内扩散阶段的吸附速率对整个过程的吸附速率有重要影响。
　　3)以柚子皮、稻壳两种水热生物质炭Pb2+、亚甲基蓝和刚果红染料进行吸附试验，考察pH、初始浓度和反应时间对吸附效果的影响。pH影响实验表明水热生物质炭对Pb2+、亚甲基蓝和刚果红受pH的影响也较为明显，与热解生物质炭吸附规律相似。吸附质浓度变化效应实验显示，生物质炭Pb2+的吸附符合Langmuir方程，对染料的吸附更能较好的符合Freundlich方程，柚子皮炭对三种污染物的吸附量均大于稻壳炭的吸附量。反应时间实验显示，生物质炭对Pb2+、亚甲基蓝和刚果红的整个吸附过程符合伪二级动力学模型。对Pb2+和染料的吸附过程都主要集中在前2h。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 农林废弃物的炭化利用技术

1．1．1 农林废弃物的综合利用

1．1．2 农林废弃物的炭化利用

1．2 工业废水的主要处理方法

1．2．1 化学处理方法

1．2．2 物理处理方法

1．2．3 微生物处理法

1．3 生物质炭在废水处理中的应用

1．3．1 生物质炭对重金属废水的处理

1．3．2 生物质炭对印染废水的处理

1．4 生物质炭吸附影响因素

1．4．1 溶液初始pH的影响

1．4．2 溶液初始浓度的影响

1．4．3 溶液反应时间的影响

1．4．4 共存离子的影响

1．5 研究内容及意义

1．5．1 研究的意义

1．5．2 研究的主要内容

1．5．3 技术路线

第2章 生物质炭的制备及理化性质分析

2．1 引言

2．2 实验试剂和仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 不同原料热解生物质炭的制备

2．3．2 不同原料生物质炭的理化性质分析

2．4 结果与讨论

2．4．1 表面形貌分析

2．4．2 表面官能团分析

2．4．3 比表面积分析

2．4．4 物相组成分析

2．4．5 热稳定性分析

2．4．6 电荷零点测定

2．4．7 元素组成分析

2．5 本章小结

第3章 不同来源生物质的热解生物质炭对Pb(Ⅱ)的吸附行为

3．1 引言

3．2 实验试剂与仪器

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 吸附实验方法

3．3．1 静态吸附

3．3．2 pH效应

3．3．3 浓度效应

3．3．4 时间效应

3．3．5 离子强度的影响

3．4 分析方法

3．4．1 吸附量和吸附率

3．4．2 吸附热力学

3．4．3 吸附动力学

3．5 结果与讨论

3．5．1 吸附前后红外对比分析

3．5．2 吸附前后XRD对比分析

3．5．3 吸附前后XPS对比分析

3．5．4 溶液pH对生物质炭吸附Pb2+的影响

3．5．5 初始浓度对生物质炭吸附Pb2+的影响

3．5．6 反应时间对生物质炭吸附Pb2+的影响

3．5．7 离子强度对生物质炭吸附Pb2+的影响

3．6 本章小结

第4章 不同来源生物质的热解生物质炭对亚甲基蓝和刚果红的吸附行为研究

4．1 引言

4．2 实验试剂和仪器

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．3 实验方法

4．3．1 亚甲基蓝及刚果红结构式

4．3．2 静态吸附

4．3．3 pH效应

4．3．4 浓度效应

4．3．5 时间效应

4．4 结果与讨论

4．4．1 吸附前后红外对比分析

4．4．2 溶液pH对生物质炭吸附MB、CR的影响

4．4．3 溶液初始浓度对生物质炭吸附MB、CR的影响

4．4．4 反应时间对生物质炭吸附MB、CR的影响

4．5 本章小结

第5章 不同来源生物质的水热生物质炭对Pb(Ⅱ)、亚甲基蓝及刚果红的吸附行为研究

5．1 引言

5．2 水热生物质炭的制备

5．3 不同来源生物质的水热生物质炭对Pb2+的吸附

5．3．1 实验试剂和仪器

5．3．2 吸附试验方法

5．3．3 结果与讨论

5．4 不同来源生物质的水热生物质炭对MB、CR的吸附

5．4．1 实验试剂和仪器

5．4．2 吸附试验方法

5．4．3 结果与讨论

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．1．1 热解生物质炭理化性质分析

6．1．2 热解生物质炭对Pb2+、亚甲基蓝和刚果红的吸附行为研究

6．1．3 水热生物质炭对Pb2+、MB、CR的吸附行为研究

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要成果

致谢