可降解材料及钙基膨润土对海水中石油的吸附研究

摘要

使用吸油材料治理海洋石油污染是一种经济有效的方法。随着人们环保意识的提高，吸油材料的环保性也越来越重要。天然有机吸油材料具有可降解、廉价和可再生等优点，粘土类吸油材料具有环保、储量大等优点。近年来这两种材料得到广泛的关注，因此，研究其在海洋石油污染治理中的应用具有重要的现实意义。
　　 本文以天然有机吸油材料（灯心草和吸油草）和粘土类吸油材料（钙基膨润土）为吸附剂，研究其吸油能力和对海水中石油的吸附特点。首先，研究了吸油材料对不同粘度油晶（97＃汽油、0＃柴油、摩托车机油）的吸附性能及对水和油的优先吸附性能；接下来，研究了吸油材料对海水中柴汕的吸附、解吸特点及其影响因素，并初步探讨了吸附机理；最后，通过对比吸油材料的吸油特点，确定了各吸汕材料的使用方案。通过研究得到以下结论：
　　 (1)随着油品粘度的增大，灯心草、吸油草和钙基膨润土的吸油量都随之增大。灯心草对于各油品（97＃汽油、0＃柴油、摩托车机油）的吸附量最大，其次是吸油草和钙基膨涧上。
　　 (2)极性物质（海水）和非极性物质（油类污染物）同时存在时，吸油草对二者的吸附为选择性吸附（优先↗↗吸↖↖附油），灯心草和钙基膨润土对二者的吸附为非选择性吸附。
　　 (3)三种吸油材料对海水中柴油的吸附与解吸动力学曲线均符合Lagergren准二级动力学模型。并且随初始含油量的增多（0.2ml-0.7ml）、温度的降低(25℃、15℃、5℃)、盐度的增大(20‰、25↗↗‰↖↖、31‰)、pH的降低(9.48、8.09、6.49)三种吸附剂对海水中柴油的吸刚量均增大。
　　 (4)在试验研究的振荡频率范围内，振荡频率对灯心草的吸附量影响不大。在振荡频率为80-130r/min的范围内，随振荡频率的增大吸油草和钙基膨润土的吸油量随之增大；在振荡频率为130-175r/min的范围内，随振荡频率的增大吸油草和钙基膨润土的吸油量随之降低。在试验研究的振荡频率范围内，随振荡频率的增大三种吸附剂的对柴油的解吸量都随之上升。
　　 (5)灯心草对海水↗↗中↖↖柴油的吸刚过程可用Henry型吸刚等温式来描述；吸没革对海水中柴油的吸附过程可用Langmuir和Freundlich等温式来描述；钙基膨润土对海水中柴油的吸附可用Freundlich等温式来描述。热力学研究表明，灯心草、钙基膨润土的吉布斯自由能变ΔG＜0、熵变ΔS＜0、焓变ΔH＜0，吸油草的吉布斯自由能变ΔG＜0、熵变ΔS＞0、焓变ΔH＜0。
　　 (6)通过正交优化试验设计得出，环境因素对灯心草、吸油草和钙基膨润土的试验指标影响的主次顺序分别是：温度＞盐度＞pH值＞振荡频率；盐度＞温度＞pH值＞振荡频率；振荡频率＞温度＞pH值＞盐度。
　　 (7)综合三种材料的吸油效果、使用费用以及后续处理难易程度，吸油草更有实际应用的优势和市场潜力。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

第1章 绪论

1.1 海洋石油污染现状及处理技术

1.1.1 海洋石油污染现状

1.1.2 海洋石油污染的危害

1.1.3 海洋石油污染物的存在形式

1.2 吸附理论

1.2.1 吸附动力学理论

1.2.2 吸刚等温线模型

1.3 吸油材料研究综述

1.3.1 吸油材料的分类

1.3.2 吸油材料的选择

1.3.3 可降解吸油材料研究综述

1.3.4 膨涧土研究综述

1.3.5 吸附及解吸研究现状

1.3.6 吸刚等温线研究现状

1.4 本论文的研究意义

第2章 实验材料与方法

2.1 仪器与材料

2.1.1 仪器

2.1.2 材料

2.2 试验方法

2.2.1 试验步骤

2.2.2 测定方法

第3章 吸油材料的吸油性能及对海水中石油的吸附及解吸研究

3.1 吸油量的测定

3.2 优先吸附性研究

3.3 吸附动力学研究

3.3.1 吸附动力学实验

3.3.2 吸附动力学方程拟合

3.4 解吸动力学研究

3.4.1 解吸动力学实验

3.4.2 海水中柴油的吸刚与解吸过程分析比较

3.4.3 解吸动力学方程拟合

3.5 初始含油量的影响

3.6 影响因素

3.6.1 温度对吸附的影响

3.6.2 盐度对吸附的影响

3.6.3 pH值对吸附的影响

3.6.4 振荡频率对吸附与解吸的影响

3.7 吸附等温线研究

3.7.1 灯心草吸附等温式拟合结果

3.7.2 吸油草吸附等温线拟合结果

3.7.3 钙基膨润土吸附等温线拟合结果

3.8 吸附热力学及吸附机理研究

3.8.1 吸附热力学

3.8.2 灯心草热力学函数计算

3.8.3 吸油草热力学函数计算

3.8.4 钙基膨润土热力学函数计算

3.9 小结

第4章 吸附条件的优化设计

4.1 正交试验设计

4.2 正交试验结果

4.2.1 灯心草正交试验结果

4.2.2 吸油草正交试验结果

4.2.3 钙基膨润土试验结果

4.3 小结

第5章 吸油材料性能比较及应用措施探讨

5.1 吸油材料的吸油特点及经济性

5.2 使用及回收方案

5.3 小结

第6章 结论和建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢