生物炭对水中五氯酚和分散红3B去除性能的研究

摘要

我国曾长期使用含五氯酚(PCP)的除草剂和杀虫剂等,导致自然水中含有PCP,由于五氯酚化学性质比较稳定,较难降解,对环境和人类健康的影响不可忽略。随着印染工业的发展,每年有大量的印染废水排入江河中。印染废水因其水量大,成分复杂,色度高,毒性强等特点,是国内外难处理的工业废水之一。利用具有原料来源广、吸附性强大等特性的生物炭对分别含有PCP和染料的废水进行处理,可实现对PCP和染料废水污染问题的低成本、高效率的解决,可以为生物炭净化废水,应用于固碳减排、污染治理、水体净化等方面提供了可靠的理论依据,既实现了自然资源合理有效利用,同时也可有效地控制环境中不同类型有机污染物对环境的的污染,对适应新时期经济发展模式,促进环境与资源的循环和可持续发展,都具有重要意义。本论文选用当地易于取材的芦苇、小麦秸秆和花生壳三种生物质制备生物炭,分别以水体PCP和分散红3B作为研究对象,研究不同生物炭的理化性质,并探究其在水中对目标污染物的吸附过程。主要研究结果如下:
　　(1)炭化温度对生物炭的结构和元素组成产生很大影响,随着炭化温度升高,炭化产物的有机物质逐渐减少,孔隙结构逐渐发育,同时产物碳元素含量比例升高,氢、氧元素含量比例降低,芳香性逐渐增大,而极性逐渐减小。
　　(2)不同的生物炭对PCP和分散红3B两种有机污染物均有良好的去除效果。炭化温度对生物炭的吸附性能有很大影响,不同原材料制备的生物炭吸附效果分别为H400>H600>H500>H300,X400>X600>X500>X300和L600>L500>L400;不同原材料制备的生物炭吸附性能有差异,对PCP和分散红3B的吸附效果均表现为芦苇生物炭>花生壳生物炭>小麦秸秆生物炭。
　　(3)花生壳生物炭和小麦秸秆生物炭对 PCP的去除效果基本不受添加量影响,芦苇生物炭对PCP的去除效果以及三种生物炭对分散红3B的去除效果受添加量的影响,表现为随着生物炭添加量的增大,对水中有机污染物的去除率升高;生物炭对PCP的去除效率受pH影响,去除率随pH增大而减小,而生物炭对分散红3B的吸附不受pH影响;污染物的性质影响生物炭对污染物的吸附,生物炭对离子型污染物的吸附速率快,吸附效果好,对非离子型有机污染物的吸附速率慢,吸附效果相对差一些。
　　(4)不同的生物炭对PCP和分散红3B的吸附表现出不同的特性。动力学分析表明,不同原材料、不同炭化温度下制备的生物炭对PCP和分散红3B的吸附动力学均符合准二级动力学方程,吸附过程都是主要由快反应控制的化学吸附。不同生物炭对PCP的等温吸附过程都可以由Freundlich等温吸附方程进行准确的描述,吸附过程为优惠吸附,低温有利于生物炭对 PCP的吸附进行。不同生物炭对分散红3B的吸附也符合Freundlich等温吸附方程,更符合Temkin等温吸附方程,吸附热会随着吸附剂吸附位覆盖率的增加而线性减少,吸附的特点是有约束力的能量均匀分布,达到了最大的结合能,升高温度有助于分散红3B在生物炭上的吸附。

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1 文献综述

1.1 生物炭的性质及应用

1.2 五氯酚及其去除研究

1.3分散红3B及其去除研究

1.4论文选题依据、内容及技术路线

2 实验部分

2.1 生物炭的制备

2.2 生物炭的理化性质

2.3 吸附试验

2.4 PCP及分散红3B的测定

3 生物炭对水中PCP和分散红3B的去除作用

3.1 花生壳生物炭的吸附性能

3.2 小麦秸秆生物炭的吸附性能

3.3 芦苇生物炭的吸附性能

4结论与展望

4.1 研究结论

4.2 展望

参考文献

致谢

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