稻草秸秆预处理黑液中的木质素基活性炭的制备及其应用基础研究

摘要

大量含有丰富木质素的造纸黑液作为生物质废弃物，每年只是被简单浓缩后燃烧或直接排放到江河中，这造成了严重的环境污染和资源浪费。活性炭作为血液灌流吸附剂已大量用于慢性肾衰的治疗，但是传统活性炭的孔多以微孔(孔径小于2nm)为主，而多数中分子毒素的分子直径大于2nm，故传统活性炭对中分子毒素的清除能力有限。
　　本研究以SO3微热爆方法预处理稻草秸秆后产生的木质素碱液为研究对象，分别采用了浓缩沉淀法、聚丙烯酸复合凝胶法以及海藻酸钠复合凝胶法从黑液中沉淀分离含有半纤维素、纤维素的木质素制备生物基活性炭，并对活性炭进行表征及吸附性能测试。从而探索黑液中回收的木质素作为医用吸附剂的资源化处理和利用的可行性。本研究在海藻酸钠复合凝胶法中尝试了:冷冻干燥对比普通干燥对所制备活性炭结构及吸附性能的影响。研究取得如下结果:
　　1.对黑液采用浓缩沉淀法共制备两种活性炭。研究结果表明:对黑液采用磷酸酸沉法所制备的活性炭效果较直接浓缩法好。酸沉炭炭骨架的饱满程度和连接程度较高。且酸沉炭对肌酐与VB12的吸附效果较佳以及SEM结果呈现出来的炭多孔性都证明了磷酸作为活化剂的活化性能较优。且酸沉炭对VB12的吸附符合Langmiur模型对应的单分子层的吸附，吸附过程动力学遵循二级动力学反应。
　　2.对黑液采用丙烯酸复合凝胶法制备出黑液-PAA炭，同时为了考察黑液中残存纤维素与半纤维素的干扰，又制备了HPMC-PAA炭和木聚糖-PAA炭。研究结果表明:黑液-PAA炭对肌酐的吸附效果好于对VB12的吸附效果，吸附率分别为56.89％和40.11％。且黑液中的纤维素对活性炭的吸附有一定贡献，而半纤维素对吸附几乎无影响。黑液-PAA炭对肌酐和VB12的吸附符合Temkin吸附模型，吸附过程动力学均遵循二级动力学反应。
　　3.对黑液采用海藻酸钠复合凝胶法共制备五种活性炭。研究结果表明:它们均属无定形炭，且含有中孔。其中黑液-SA复合炭相比于海藻酸钠炭，冻干炭相比于烘干炭，中孔分布集中，孔洞多且分布均一。五种活性炭对VB12的吸附效果均好于对肌酐的吸附，其中黑液-SA复合炭对VB12的去除率最为理想，可以达到91％。黑液-SA复合炭对VB12吸附类型符合Langmiur模型对应的单分子层的吸附，吸附过程动力学遵循二级动力学反应。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 生物质废弃物与资源化利用

1．1．1 生物质废弃物

1．1．2 生物质废弃物的资源化利用

1．2 木质素与木质素碱液

1．2．1 木质素

1．2．2 木质素资源化

1．2．3 木质素碱液的来源

1．2．4 木质素碱液的环境问题

1．3 慢性肾衰及血液灌流吸附剂

1．3．1 慢性肾衰

1．3．2 血液灌流用吸附剂

1．4 本研究的研究目的、内容与意义

第二章 浓缩温温沉淀法

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器及药品

2．2．2 炭材料的制备方法

2．2．3 活性炭吸附性能测试

2．2．4 样品表征及分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 碳材料的制备

2．3．2 标准曲线

2．3．3 静态吸附实验

2．3．4 等温吸附平衡曲线的绘制及平衡吸附类型的确定

2．3．5 等温吸附速率曲线及吸附过程的动力学研究

2．3．6 孔结构

2．3．7 XRD谱图

2．3．8 紫外-激光拉曼光谱测试

2．3．9 SEM电镜照片

2．4 本章小结

第三章 PAA复合凝胶法

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器及药品

3．2．2 炭材料的制备方法

3．2．3 活性炭吸附性能测试

3．2．4 样品表征及分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 碳材料的制备

3．3．2 标准曲线

3．3．3 静态吸附实验

3．3．4 等温吸附平衡曲线的绘制及平衡吸附类型的确定

3．3．5 等温吸附速率曲线及吸附过程的动力学研究

3．3．6 孔结构

3．3．8 紫外-激光拉曼光谱测试

3．3．9 SEM电镜照片

3．4 本章小结

第四章 海藻酸钠基复合凝胶法

4．1 引言

4．1．1 海藻酸钠

4．1．2 海藻酸钠基水凝胶

4．2 实验部分

4．2．1 实验仪器及药品

4．2．2 炭材料的制备方法

4．2．3 活性炭吸附性能测试

4．2．4 样品表征及分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 碳材料的制备

4．3．2 标准曲线

4．3．3 静态吸附实验

4．3．4 等温吸附平衡曲线的绘制及平衡吸附类型的确定

4．3．5 等温吸附速率曲线及吸附过程的动力学研究

4．3．6 孔结构

4．3．7 XRD谱图

4．3．8 紫外-激光拉曼光谱测试

4．3．9 SEM电镜照片

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况