农林废弃物优选及其吸附地表水中Cu(Ⅱ)、硝基苯的特性研究

作     者：阳康 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李圭白

授予年度：2015年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0815[工学-水利工程] 0703[理学-化学] 

主      题：农林废弃物 改性材料 Cu(Ⅱ) 硝基苯 高温改性稻壳 

摘      要：2013年中国环境状况公报显示,重金属和有机化学品已成为地表水体污染的两类物质主要污染物,研究行之有效的方法控制和去除地表水体中重金属和有机污染物已刻不容缓。利用农林废弃物材料作为吸附材料对地表水中重金属和有机污染物进行原位污染负荷削减和流域污染治理制成为处置的新思路,可降低水处理成本,实现废弃物资源化,具有重要的现实意义。本课题选择了锯末、松针、松皮、麦麸、稻壳、麦秆、玉米秸秆、玉米芯、椰壳、核桃壳10种农林废弃物材料,选用模拟污染物为Cu(Ⅱ)、硝基苯,研究材料的优选和优选材料对两种污染物的吸附特性。通过表征和吸附效能数据优选出锯末、椰壳、稻壳三种材料进行酸性、碱性和高温改性,改性材料进行了吸附去除污染物的吸附效能评价,筛选出高温改性稻壳为最优吸附材料,考察吸附过程的影响因素,确定最优吸附条件,并研究吸附等温线和吸附动力学,推测吸附特性和机制。主要研究结果如下:材料表面特性分析结果表明:10种材料中椰壳、锯末、稻壳具有较大的比表面积,分别为184.36、121.87、86.68 m2/g,Boehm滴定法表明选取材料均呈现偏碱性。10种材料的吸附效能实验结果表明,锯末、稻壳、椰壳对Cu(Ⅱ)的去除效果最好,去除率可达70.46%、66.56%、66.38%,锯末、松皮、稻壳、麦秆、玉米秸秆、玉米芯对硝基苯的去除效果较好,去除率分别为62.23%、82.39%、68.32%、81.21%、78.21%、70.21%,但麦秆、麦麸、玉米秸秆、核桃壳等材料在吸附过程中存在有机物析出。9种改性材料的特性分析表明,高温改性使材料的比表面积和孔隙度有了较大的提高,酸性和碱性改性使材料表面官能团发生改变,改性吸附材料吸附效能表明,高温改性使材料对Cu(Ⅱ)的吸附效能大大提高,高温改性椰壳、锯末、稻壳对Cu(Ⅱ)的去除率可达98.52%、82.15%、98.58%,高温改性使材料对硝基苯的吸附略有提升,去除率分别为56.19%、79.14%、87.64%;酸性、碱性改性对材料吸附效能的影响不大。单因素变量实验结果表明pH、吸附剂用量、污染物浓度、吸附接触时间、温度、水力接触条件对最优吸附材料吸附污染物的效能有一定影响,根据实验结果确定了最优吸附条件。吸附动力学和吸附等温线研究表明,高温改性稻壳吸附Cu(Ⅱ)、硝基苯的过程是放热反应,并且吸附速度均较快,改性稻壳吸附Cu(Ⅱ)在30min达到稳定,吸附硝基苯在60min达到稳定,吸附动力学均复合准二级动力学方程。高温改性稻壳对Cu(Ⅱ)的吸附更加符合Freundlich吸附等温模型,拟合相关系数为0.9583,最大吸附量为2.32mg/g;高温改性稻壳对硝基苯的吸附更符合Langmuir吸附等温模型,拟合相关系数为0.9959,最大吸附量为0.026mg/g。