生物炭去除水中对羟基苯甲酸乙酯的效能与机理

摘要

对羟基苯甲酸酯类，是一种具有防腐与抗菌作用的有机物，近百年来它被人们普遍用在药品、食品加工、化妆品等领域。该类有机物对生物体有内分泌干扰的作用，在环境中被归类为新兴污染物。近年来它对水生态及人类健康的潜在影响引起了广泛关注，已有其弱雌激素活性及生殖毒性的相关报道。生物炭是农业废弃物、动物粪便等一些环境中的物质在高温热解下经过缺氧或有氧的制备条件产生成为的一种碳物质。因为其具有丰富的孔隙结构，显著的吸附效果，生物炭在水体中已被用来去除多种污染物。
　　本论文制备了不同热解温度(300℃、500℃、700℃)的生物炭BC300、BC500、BC700及疏水改性后不同原材料（小麦秸秆、梧桐叶、牛粪，500℃）的生物炭MWB、MSB、MCB，用于去除水中对羟基苯甲酸乙酯(EP)。通过间歇吸附实验和动态吸附实验考察了生物炭对水中对羟基苯甲酸乙酯的吸附性能，并对其去除机理进行了探讨。主要研究结果如下:
　　(1)热解温度升高，会导致生物炭表面疏水性增强，且引起零电荷点从8.42升至9.52。溶液初始pH值由8升至12时，对羟基苯甲酸乙酯去除率显著递减;此外，溶液离子强度的增强会导致对羟基苯甲酸乙酯去除率的下降。生物炭吸附水中对羟基苯甲酸乙酯的等温吸附符合Langmuir方程，其中，最大吸附容量排序为:BC700＞BC500＞BC300。同时，吸附过程符合准二级动力学方程，且为吸热自发过程。此外，经过四轮再生吸附，生物炭吸附容量仍可达到最初的90％，其中BC700展示出最高的吸附效率92.76％。
　　(2)MWB、MCB、MSB三种生物炭在改性后，改性剂十六烷三甲基溴化铵分子[C16H33(CH3)3N+-Br-]主要吸附在生物炭表面，只有少部分进入生物炭内部。并且改性后的生物炭对EP的吸附行为主要是生物炭表面的C16H33(CH3)3N+及生物炭吸附点位所为，内部吸附的C16H33(CH3)3N+作用较小。与改性前小麦秸秆生物炭相比，改性后的小麦秸秆生物炭吸附效率增加，并且生物炭表面的疏水性能增加。MWB、MCB、MSB的最大吸附量分别为:26.17mg·g-1、23.14mg·g-1、25mg·g-1;去除效率MWB＞MSB＞MCB。Langmuir等温吸附模型符合吸附过程中的生物炭吸附EP的行为，且吸附整个过程与准二级动力学模型吻合，并且吸附过程是自发吸热的。
　　(3)通过对改性后的小麦秸秆生物炭柱吸附EP的连续性吸附探究，研究了床层高度、初始EP溶液的浓度、进水流速的实验条件对EP的吸附特性的影响。表明实验制备的生物炭对EP的连续性吸附的效果依赖于实验条件。生物炭柱床层高度越小，进水流速越大，初始浓度越大，会导致吸附过程中吸附的穿透时间减小，柱耗时间缩短，吸附效率降低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 对羟基苯甲酸酯类概述

1．1．1 对羟基苯甲酸酯类的发展

1．1．2 对羟基苯甲酸酯类的性质

1．1．3 对羟基苯甲酸酯类对水环境的影响

1．1．3 对羟基苯甲酸酯类的相关处理技术

1．2 生物炭

1．2．1 生物炭概述

1．2．2 生物炭修饰

1．2．3 生物炭在环境中的应用

1．3 研究目的及内容

1．3．2 研究内容

1．3．3 研究方法及技术路线

第二章 实验材料及分析方法

2．1 实验试剂、仪器及设备

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器与设备

2．2 实验方法

2．2．3 对羟基苯甲酸乙酯的含量测定

2．2．4 模型分析

2．2．5 数据处理

第三章 不同热解温度生物炭吸附对羟基苯甲酸乙酯的研究

3．1 前言

3．2 实验方法

3．2．1 生物炭的表征

3．2．2 吸附实验

3．2．3 等温吸附实验

3．2．4 吸附动力学实验

3．2．5 解析-再吸附实验

3．2．6 活性炭吸附EP试验

3．3．1 不同热解温度生物炭的表征

3．3．2 零电荷点的分析

3．3．3 pH值对生物炭吸附EP的影响

3．3．4 离子强度对生物炭吸附EP的影响

3．3．5 其他吸附条件对吸附EP的影响

3．3．6 吸附等温模型

3．3．7 吸附动力学模型

3．3．8 吸附热力学模型

3．3．9 再生研究

3．4 小结

第四章 改性不同原材料生物炭吸附对羟基苯甲酸乙酯的研究

4．1 实验方法

4．1．1 初始pH值的影响

4．1．2 离子强度的影响

4．1．3 等温吸附实验

4．1．4 吸附动力学实验

4．1．5 零电荷点分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 不同原材料生物炭及其改性生物炭的表征

4．2．2 零电荷点的分析

4．2．3 pH值对生物炭吸附EP的影响

4．2．4 离子强度对生物炭吸附EP的影响

4．2．5 吸附等温模型

4．2．6 吸附动力学模型

4．2．7 吸附热力学模型

4．3 小结

第五章 改性生物炭对对羟基苯甲酸乙酯连续性的吸附

5．1 前言

5．2 吸附实验

5．2．1 吸附层高度对生物炭连续性吸附EP的影响

5．2．2 流出速度对生物炭连续性吸附EP的影响

5．2．3 初始吸附质浓度对生物炭连续性吸附EP的影响

5．2．4 吸附柱数据分析

5．3 结果与讨论

5．3．1 吸附层高度对改性生物炭连续性吸附EP的影响

5．3．2 流速对改性生物炭连续性吸附EP的影响

5．3．3 初始浓度对改性生物炭动态吸附EP的影响

5．4 小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢