废弃农作物制备的活性炭和膨润土吸附环境中的污染物

摘要

吸附是重要的处理废水的方法之一，吸附剂的性能与成本是决定吸附处理工艺中最为重要的两个指标参数，研究廉价高效的吸附剂一直是环境治理中的一个研究热点。在农业生产中有巨量的副产物如作为秸秆等，目前这部分的资源利用程度很低，大部分用作燃料或成为废弃物。开发利用废弃的农作物，对于节约资源提高农产品的附加值有着重要的意义。本文开展了以农业废弃物活性炭和膨润土为吸附剂吸附环境中的污染物方面的研究，并利用化学计量学中的数据解析方法，研究了混合污染物体系中的吸附行为，对吸附剂的再生利用进行了相关研究。
　　1.玉米秸秆活性炭吸附活性艳红与苯酚及吸附方式的影响
　　以玉米秸秆为原料，以H3PO4为活化剂经微波方法制备的玉米秸秆活性炭(CSAC)为吸附剂，研究了其对活性艳红(K-2BP)和苯酚及其二元混合溶液的吸附热力学与动力学行为。采用Langmuir、Freundlich和Redlich-Peterson方程讨论吸附等温线，假一级或假二级动力学模型分析吸附动力学参数，其饱和吸附容量分别为126 mg/g和112 mg/g，Langmuir吸附平衡常数分别为0.125和0.0408 L/mg。试验了三种吸附方式包括:两步吸附、依次加入吸附剂、负载吸附剂与新吸附剂联用以提高吸附过程的去除效率和时间效率，负载后的CSAC采用微波辐射再生。所得试验结果有助于玉米秸秆活性炭在废水处理中更好的应用。
　　2.豆荚活性炭柱吸附单染料及混合染料溶液
　　以豆荚为原料，以H3PO4为活化剂制备的豆荚活性炭(PAC)为吸附剂，研究了酸性大红(AS-GR)、弱酸性橙(GS)、靛红(IC)及活性紫(K-3R)单染料体系的吸附热力学和动力学行为。实验结果表明，各单组分染料溶液在活性炭上的吸附等温线符合Langmuir等温式，其中PAC对AS-GR、GS、IC和K-3R的最大吸附量分别为436、327、249和175?mol/g，吸附平衡常数分别为0.732、0.243、0.529和0.0593 L/?mol。单组分染料吸附动力学符合假二级动力学模型。测定了上述四种染料在固定床吸附柱上的穿透曲线，讨论了染料起始浓度、溶液流速、活性炭填充高度对穿透曲线的影响，并观察到混合染料溶液中各染料在穿透曲线上的差异。在小规模的实验柱条件下，固定床吸附柱的吸附效率与吸附速率低于同样吸附剂与溶液条件下单步吸附法。
　　3.膨润土吸附亚甲基蓝的数据分析与后续处理过程
　　以膨润土为吸附剂处理模拟染料废水，选用了吸附研究中最为常用的亚甲基蓝为模型被吸附物。在光度法测定亚甲基蓝浓度时发现标准曲线线性度不高，亚甲基蓝浓度对其吸收光谱形状的影响，致使浓度测定可能存在较大的系统误差。因此以分光光度法研究亚甲基蓝的聚合行为，采用迭代求解算法计算出二聚常数，并解析得到亚甲基蓝的单体和二聚体的吸收光谱，消除了亚甲基蓝自聚平衡对浓度测定的干扰。对吸附染料后的膨润土进行了再生与重复利用方面的试验，结果表明，高温焙烧处理的膨润土虽能恢复部分吸附容量，但吸附效果远不及原土；对吸附后的膨润土用浓磷酸活化并经微波处理后，得到膨润土/活性炭复合物，有效地吸附阳离子染料和阴离子染料。
　　4.石英晶体微天平监测酸性染料在壳聚糖表面的吸附特性
　　以阻抗分析法研究了压电石英晶体(PQC)中的3次和5次谐波的响应特性，并在此基础上，采用QCM监测了酸性染料在壳聚糖膜上的吸附特性。结果表明，对于相同的质量负载变化，QCM的基频、3次和5次谐波的谐振频率差之比约为1:3:5。随着溶液(??)1/2增加，QCM的谐振频率线性下降，而动态电阻则线性上升。在所用实验条件下，其基频、3次和5次谐波的谐振频率差之比为1:1.68:1.96，基频、3次和5次谐波模式下的动态电阻变化之比为1:1.85:2.01，这种比例关系既不符合谐波次数之比，也不符合有关压电传感理论中频率项之比。相对于基频模式，QCM在谐波模式下受纵波响应的影响大为减小，其强度仅约为基频模式下的5％，这对于改进QCM的稳定性有利。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 环境污染物及其处理方法

1.3 膨润土

1.4 活性炭

1.5 吸附剂的表面吸附和吸附平衡理论分析

1.6 吸附过程中的聚合现象

1.7 本论文的选题意义及内容

第二章 玉米秸秆活性炭吸附活性艳红与苯酚及吸附方式的影响

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 豆荚活性炭柱吸附单染料及混合染料溶液

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第四章 膨润土吸附亚甲基蓝的数据分析与后续处理过程

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 石英晶体微天平监测酸性染料在壳聚糖膜上的吸附特性

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢