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生物质基碳材料的制备及其吸附大分子染料性能的研究

生物质基碳材料的制备及其吸附大分子染料性能的研究

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作者：廖雯琪贵州大学

学位级别：硕士

我国纺织印染行业约占世界出口总额的7%,染料废水已成为我国工业系统中的重要污染物。染料废水中污染物浓度高(COD值高),盐度高,毒性大,色度深,氮磷含量低,是难处理的工业废水之一。在染料废水排放量最大的纺织废水中,负载了重金属的活... 详细信息

我国纺织印染行业约占世界出口总额的7%,染料废水已成为我国工业系统中的重要污染物。染料废水中污染物浓度高(COD值高),盐度高,毒性大,色度深,氮磷含量低,是难处理的工业废水之一。在染料废水排放量最大的纺织废水中,负载了重金属的活性染料毒性极强,很难生物降解。溴甲酚绿(BCG)是活性染料中的一种典型的酸性大分子染料,废水中的BCG染料在有氧环境中具有强稳定性,土壤中残留的BCG渗入地表水会将有害物质带入食物链,还会引起诱变,染色体断裂,致癌和呼吸道感染等危害,对人类和野生动植物健康以及整个水生生态系统进一步造成不利影响。因此BCG废水的处理刻不容缓。但BCG处理技术并不成熟,治理上仍有一定难度,在环境质量要求较高地区,处理费用较高。因此,为了防止水质恶化,我们必须采用更高效的处理技术。采用吸附法处理BCG染料废水,不仅高效,可以同时吸附多种污染物,而且满足可持续发展,可再生成本低,但是目前用于吸附BCG的商用活性炭再生成本较高,无法得到普及。针对该问题,本文以染料废水中的BCG为目标吸附物,选用自然界中含量丰富的、廉价的生物质作为碳源,分别制备壳寡糖基碳材料、葡萄籽基多孔碳材料和木屑基介孔碳材料,利用热重、N吸附/脱附等温线和红外光谱对活性炭的稳定性、孔结构、表面官能团进行表征分析,研究系列碳材料对染料废水中BCG的吸附性能,探究不同反应条件及吸附条件对BCG吸附性能的影响规律,最终得到用于吸附BCG的介孔碳的最佳制备方案。具体的研究内容如下:1.软膜板法制备壳寡糖基碳材料及其对BCG吸附性能研究。论文以壳寡糖为碳源、三嵌段共聚物表面活性剂为模板剂、KCl为稳定剂降低反应温度,通过软模板法制备介孔碳材料,并测定其对BCG的吸附性能的影响。研究表明,随KCl添加量的增加,碳材料的孔体积逐渐增加;随反应温度的降低,碳材料孔径分布更窄;随碳化温度的增加,碳材料介孔率增大。以F127为模板剂、KCl添加量为8g、反应温度25℃、碳化温度900℃下制备介孔碳KMC-900℃的BET比表面积40.852 m·g、介孔孔容0.284 cm·g,其对BCG的单位吸附量为0.103g/g。2.盐模板法制备葡萄籽基多孔碳材料及其对BCG吸附性能的研究。以低成本环境友好的废料生物质葡萄籽为碳源,采用廉价的KCl和Zn Cl共融盐为模板剂,通过盐模板法制备多孔碳材料,并测定孔结构对BCG的吸附性能的影响。研究表明:球磨后多孔碳的介孔含量增加,随着葡萄籽与模板剂的质量比增加,碳材料的孔体积先增加后减小;随着碳化温度的升高,碳材料的介孔率增大。葡萄籽与模板剂的质量比为6,通过球磨对原料进行预处理,700℃下碳化为最佳反应条件。制备多孔碳材料吸附量G6-700℃的BET比表面积为521.730 m·g、介孔孔容为0.088 cm·g,其对BCG的单位吸附量为0.443 g/g。3.磷酸活化法制备木屑基介孔碳材料及其对BCG吸附性能的研究。以低成本的木质废料为碳源,磷酸为活化剂,通过磷酸活化法制备介孔碳材料,并测定孔结构对BCG吸附性能的影响。研究表明:随浸渍比(木屑与磷酸的质量比)的增加,碳材料的孔体积先增加后减小;随活化温度的增加,碳材料介孔孔容先增加后减小。浸渍比为4,500℃下活化为最佳反应条件,制备介孔碳M4-500℃的BET比表面积为1987.43 m·g、介孔孔容为1.382 cm·g,对BCG的单位吸附量为4.555g/g。最后选取五种不同的生物质废料(核桃壳、分心木、竹屑、葡萄籽、南瓜子壳)为碳源制备系列碳材料用于BCG的吸附证明方法的通用性。

关键词：溴甲酚绿吸附模板法活化法生物炭多孔碳

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