检索结果-南通市图书馆

作者：彭景东东北农业大学

学位级别：硕士

随着工农业的迅猛发展和城市化进程的加快,大量废水未经适当处理而直接排放,造成水体的污染,严重威胁着人类和其他各类生物的生存。因此,开展高效经济、操作方便、环境友好的重金属去除技术,对于解决污染水体问题,保障河流水质,提升国... 详细信息

随着工农业的迅猛发展和城市化进程的加快,大量废水未经适当处理而直接排放,造成水体的污染,严重威胁着人类和其他各类生物的生存。因此,开展高效经济、操作方便、环境友好的重金属去除技术,对于解决污染水体问题,保障河流水质,提升国民饮水安全有着重要的意义。生物炭是将生物质原料在惰性环境下进行热裂解得到的富碳固体,具有较大的比表面积、多孔结构、丰富的表面官能团(羧基、羟基和酚类官能团等)、矿物含量高和结构稳定等特点,被认为是理想的水体吸附剂。但是因为原生生物炭孔隙结构不够丰富、制备效率低下、表面官能团分布不够合理、缺少二次回收手段等问题,使其在水体污染物的吸附应用中存在诸多不足,因此生物炭的活化和表界面改性方法成为提升生物炭吸附性能的关键。本文利用熔融盐作为密封、活化以及微波吸收体三功能介质,提出了一种微波-熔融盐耦合的生物炭快速制备的新方法,探明了不同条件下得到的生物炭对重金属污染物的影响规律,揭示了生物炭材料性能的提升机理,初步明确了改性生物炭实际应用过程中可能的影响因素,为生物炭在环境领域的应用提供了基础和技术支持。本文的主要研究内容如下:利用熔融态ZnCl的可以对生物质原料产生润涨、催化脱水和造孔作用,通过微波与Zn Cl熔盐共同作用下实现了生物质在2-4 min内的快速碳化,探讨了生物质秸秆和Zn Cl不同质量比、不同微波功率和微波时间对于生物炭性能的影响。结果表明当秸秆和Zn Cl质量比为1:17时,绝对质量为2 g,微波功率为1000 W,时间为3 min时,所制备的样品性能最优,其比表面积达到了1270 m·g-,对Pb(II)最大吸附量为143.5 mg·g-,且吸附过程可以在60 min内达到平衡。为了进一步增加生物炭表面的碱性官能团强化其对Pb(II)的吸附性能,利用Na OH对秸秆进行浸泡预处理,然后将生物质原料按照质量比1:17与Zn Cl混合均匀再进行微波加热得到生物炭(A-MBC),红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析表明Na OH浸渍预处理增加了生物炭表面的羧基和甲氧基的含量,通过官能团的优化,A-MBC的最大吸附量达到了218.28 mg·g-,其吸附过程符合Redlich-Prterson等温吸附模型,说明Pb(II)在A-MBC上的吸附行为为均相表面的单分子层吸附。在上述实验的基础上,为了改善生物炭吸附后回收难的问题,避免二次污染的问题,通过对生物质原料预先进行金属盐(Fe Cl)浸渍处理,利用熔融盐介质在高温下的媒介作用,将金属离子均匀地扩散到所形成碳材料表面,利用碳化过程中原位形成的纳米相金属单质在微波场中的“趋肤效应”,在生物炭表面原位构筑具有过渡金属氧化物功能相复合。结果表明,在添加的铁离子与生物质质量比为1:9时,微波功率为1000 W,时间为3 min时,一步得到了Zn O纳米粒子负载和具有磁性Zn FeO改性的生物炭(F-Z-MBC)。X射线衍射能谱(XRD)与红外光谱(FTIR)分析表明Zn O与Zn FeO成功的负载在了生物炭上;由于Zn O对生物炭表面的羟基具有活化作用,所制备的F-Z-MBC样品对Pb(II)最大吸附量达到了225.8 mg·g-,其吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,表明F-Z-MBC对水体中Pb(II)的吸附主要是单分子层吸附。

关键词：生物炭微波加热熔融盐铅离子吸附

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