利用农林生物质材料去除废水中重金属镉离子的技术研究

摘要

重金属是水体环境中危害最严重的污染物，可以通过生物富集和放大而造成持久性的污染损害。为了提高生物质对重金属离子的吸附性能，本论文在对18种农林生物质原材料的吸附性能进行比较研究的基础上，选择吸附性能最好的梧桐生物质材料进行炭化和化学改性处理，进一步研究了梧桐生物质改性后对模拟废水中Cd2+的净化效率及其最佳反应条件，为重金属的低成本处理提供依据。 (1)农林生物质对废水中Cd2+的吸收效率因生物质类型和取材部位不同而异。梧桐生物质对Cd2+的吸附率显著高于商品颗粒活性炭，玉米秸、花生壳、玉米芯等生物质对Cd2+的吸附率与颗粒活性炭相当，均适宜于作为废水Cd2+的吸附剂开发利用。一般而言，皮质部生物质对重金属的吸附能力大于木质部生物质。 (2)用不同浓度改性剂对梧桐生物质和梧桐生物炭进行改性处理，氢氧化钠、尿素、硫脲改性后梧桐生物材料对Cd2+的吸附率有不同程度的增加，低浓度的磷酸改性梧桐生物质对Cd2+的吸附率有所提高，高浓度的磷酸改性梧桐生物质Cd2+的吸附率反而降低。梧桐生物质最佳改性方法为:2mol/L的NaOH与未炭化的梧桐材料以1∶5的固液比浸渍1h。梧桐生物炭改性改性方法的最优组合是:0.5mol/L的NaOH与炭化梧桐材料以1∶7的固液比浸渍1h。 (3)在25℃时，生物质原材料和化学改性生物质材料吸附初始浓度为10mg/L的含Cd2+废水的最佳反应条件为:初始pH值为6.5-6.8，吸附反应时间为90min，投加量为4g/L;而化学改性生物炭材料和粉末活性炭的最佳反应条件为:初始pH为7.6，吸附反应时间为30min，投加量为4g/L。当溶液中存在Cu2+、Zn2+、Cd2+时，吸附剂对金属离子的吸附顺序为Cu2+＞Zn2+＞Cd2+。 (4)对吸附剂吸附废水中Cd2+的数据分别进行了内扩散模型、准一级动力学模型和准二级动力学模型以及Langmuir和Freundlich方程的拟合，结果表明，生物质原材料和化学改性生物质材料对Cd2+的吸附更加符合准一级动力学模型;化学改性生物炭材料和粉末活性炭更符合准二级动力学模型;生物质原材料吸附剂对Cd2+的吸附等温线更符合Freundlich方程，而化学改性生物质材料、化学改性生物炭材料和粉末活性炭更符合langmuir方程。 经过改性处理后，梧桐生物质和梧桐生物炭对Cd2+的吸附性能得到了一定程度的提高，而化学改性梧桐生物炭的吸附性能已经接近于粉末活性炭，是经济、高效的吸附剂。将其用于废水处理，既能显著降低处理成本，又能变废为宝，提高农林废弃物的综合利用价值，更可以带来巨大的经济效益和社会效益。

目录

声明

摘要

前言

1．1 立题依据与意义

1．2 文献综述

1．2．1 水体重金属污染现状

1．2．2 重金属废水处理方法

1．2．3 生物质材料吸附剂研究现状

1．2．4 影响生物质吸附废水重金属的因素

1．2．5 研究方向

1．3 本论文研究内容

2 材料与方法

2．1 试剂及仪器

2．2 供试材料预处理

2．2．1 金属离子储备液溶液的配制

2．2．2 生物质原材料的预处理

2．2．3 生物质材料的改性处理

2．3 实验设计

2．3．1 农林生物质原材料对Cd2+的吸附率比较

2．3．2 化学改性剂对生物质原材料吸附Cd2+的影响

2．3．3 化学改性对梧桐生物炭材料吸附Cd2+的影响

2．3．4 化学改性梧桐生物材料吸附cd2+的最佳反应条件

2．4 测定方法

2．5 数据分析

2．5．1 吸附量和吸附率的计算

2．5．2 等温吸附特征曲线

2．5．3 吸附动力学曲线

3 结果与分析

3．1 不同农林生物质材料对模拟废水中Cd2+的吸附率比较

3．2 不同化学改性剂对梧桐生物质材料Cd2+吸附性能的影响

3．2．1 不同浓度化学改性剂处理对梧桐生物质吸附废水中Cd2+离子效率的影响

3．2．2 梧桐生物质材料的化学改性方案优化

3．3 不同化学改性剂对梧桐生物炭材料Cd2+吸附性能的影响

3．3．1 不同浓度化学改性剂处理对梧桐生物质吸附废水中Cd2+离子效率的影响

3．3．3 梧桐生物炭材料的化学改性方案优化

3．4 化学改性吸附剂吸附Cd2+的最佳反应条件

3．4．1 pH值的影响

3．4．2 吸附剂投加量的影响

3．4．3 溶液初始离子浓度的影响

3．4．4 吸附时间的影响

3．4．5 干扰离子的影响

3．5 生物吸附剂对模拟废水中Cd2+吸附的动力学模型

3．6 生物吸附剂对模拟废水中Cd2+吸附的热力学模型

4 结论与展望

4．1 结论

4．2 讨论

4．2．1 表面改性对生物材料吸附剂的影响机制

4．2．2 研究展望

参考文献

致谢