水热生物炭的制备、改性及对重金属的吸附效果研究

摘要

水热生物炭是废弃生物质经水热炭化制备的一种富含碳的生物炭，在生物质资源化利用、减缓气候变化和改善土壤肥力等多方面表现出良好的潜能。近年来，水热生物炭作为一种新型的多功能材料迅速成为研究热点。由于含有多孔结构并且表面官能团丰富，水热生物炭对各类污染物表现出较强的吸附能力，其应用具有重要的环境意义。
　　本论文系统的研究了不同原材料制备的水热生物炭与 KOH改性水热生物炭对水中单一重金属Cd(II)和混合重金属（Pb(II)、Cd(II)、Cu(II)、Zn(II)）的吸附效果。首先，以木屑、小麦秸秆和玉米秸秆为原材料，通过水热法制备水热生物炭，并用 KOH对其进行改性，利用 BET、SEM、FT-IR、XRD等方法对改性前后水热生物炭的性质进行表征；在此基础上，研究 KOH改性前后水热生物炭对水中单一重金属Cd(II)的吸附行为和溶液pH值对吸附的影响；最后，研究KOH改性前后水热生物炭对水中混合重金属（Pb(II)、Cd(II)、Cu(II)、Zn(II)）的吸附效果，重点研究吸附时间和溶液 pH值对混合重金属在改性水热生物炭上去除率的影响。通过以上研究得到结论如下：
　　（1）秸秆类（小麦和玉米秸秆）水热生物炭的比表面积比木屑水热生物炭大；改性水热生物炭的比表面积和孔容都较低；小麦秸秆水热生物炭表面有孔状结构，而木屑和玉米秸秆水热生物炭表面为片状结构，KOH改性仅去除水热生物炭表面杂质并未改变其表面孔结构；水热生物炭含有-COOH和-OH等含氧官能团，KOH改性能使水热生物炭表面含氧官能团数量增加（尤其是-COOH），利于吸附水中重金属；水热生物炭的纤维素结晶结构较为明显；KOH改性后水热生物炭的纤维素结晶度降低，可能转变成无定形碳。
　　（2）改性水热生物炭对Cd(II)的去除率是改性前的8倍，准二级动力学模型能够很好地拟合改性水热生物炭对 Cd(II)的吸附动力学结果，说明改性水热生物炭对Cd(II)的吸附过程是由化学吸附速率控制的；改性水热生物炭对Cd(II)的吸附热力学结果比较符合Langmuir模型，说明改性水热生物炭对Cd(II)的吸附过程是单层吸附；改性水热生物炭对Cd(II)吸附的最佳pH值范围是4.0~8.0。
　　（3）混合重金属溶液中存在竞争吸附，改性前后水热生物炭对混合重金属溶液中重金属离子的吸附量从大到小依次为 Pb(II)＞Cu(II)＞Cd(II)＞Zn(II)；Pb(II)和Cu(II)在改性水热生物炭上的吸附优先达到吸附平衡；改性水热生物炭吸附混合重金属离子的最佳pH值为6.0。

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目录

第一章 引言

第一节 水热生物炭的概述

第二节 水热生物炭对环境污染物吸附的研究进展

第三节 选题依据、研究意义和主要内容

第二章 水热生物炭的制备及表征

第一节 引言

第二节 实验材料与方法

第三节 实验结果及讨论

第四节 本章小结

第三章 水热生物炭对水中Cd(II)的吸附性研究

第一节 引言

第二节 实验部分

第三节 结果与讨论

第四节 本章小结

第四章 水热生物炭对溶液中混合重金属的吸附性研究

第一节 引言

第二节 水热生物炭对水中混合重金属的吸附

第三节 结果分析及讨论

第四节 本章小结

第五章 结论与展望

第一节 主要结论

第二节 本论文的创新点

第三节 研究展望

参考文献

致谢

个人简历