基于废弃秸秆制备新型吸附材料及其对水中As(Ⅲ)的吸附研究

【摘要】：随着工业的迅猛发展,砷污染已经成为一个全球性的问题。因此,如何将其有效地从水体中去除备受人们的关注。自然界中的砷分为无机态和有机态2种形态,其存在形态决定了毒性大小。其中,无机砷已经被列为第一类潜在致癌物质。无机砷主要分为As(Ⅲ)和As(Ⅴ),由于As(Ⅲ)的毒性是As(Ⅴ)的2.5-60倍,并且相比于As(Ⅴ)更难去除,因此,As(Ⅲ)的去除技术成为当前的研究热点与难点。现有的As(Ⅲ)处置技术多为混凝法、氧化法与活性氧化铝吸附法,在实际应用中存在许多不足。另外,由于农林废弃物孔隙率高,比表面积大,表面活性官能团多,许多学者将农林废弃物作为基体制备生物吸附剂去除目标污染物。秸秆是农林废弃物中产量最大的一类,相对于其他材料有着无与伦比的优势,目前已成为生物吸附材料的研究热点。本文针对以上现状,以小麦秸秆为基体合成新型秸秆吸附材料,并系统研究了新型秸秆吸附材料对As(Ⅲ)的吸附行为与机理,阐明温度、pH值、天然有机质与无机阴离子共存时对秸秆吸附性能的影响,以期为新型秸秆吸附材料在含As(Ⅲ)废水的处置中提供技术支撑。本论文研究内容和结论如下：(1)以小麦秸秆为原料,通过季铵化反应,制备新型秸秆吸附材料,并采用多项表征技术对其表面形态和化学性质进行分析。研究表明：在反应温度为80℃,反应时间14h,Quat188与5MNaOH体积比为1:1时,秸秆具有较高的接枝率；新制备的秸秆吸附材料表面修饰有季铵盐基团。(2)研究新型秸秆吸附材料对As(Ⅲ)的吸附行为与作用机理。研究表明：新型秸秆吸附材料对As(Ⅲ)的吸附容量远远高于一般生物吸附剂,而且Langmuir方程可以很好地拟合吸附等温线,说明As(Ⅲ)的吸附可以用单层吸附模型进行描述,证明了吸附机理为离子交换反应；新型秸秆吸附材料能快速吸附去除水中As(Ⅲ),吸附动力学过程符合准一级吸附动力学方程；吸附热力学参数表明吸附过程是熵推动的自发吸附过程；利用动态小柱吸附能够保证最初的出水浓度达到饮用水卫生标准；吸附饱和后的秸秆可以用0.1MNaOH有效脱附。(3)系统研究溶液中天然有机质、无机阴离子、pH值、温度对新型秸秆吸附材料的吸附性能的影响。研究表明：天然水体中的有机质浓度对新型秸秆吸附材料吸附As(Ⅲ)的过程几乎不影响,但无机阴离子对As(Ⅲ)的吸附过程有一定影响,随着浓度的增加,吸附容量有所下降；在pH4-7的范围内,秸秆材料对As(Ⅲ)的吸附容量较高,且维持稳定；升高温度有利于秸秆对As(Ⅲ)的吸附。 【关键词】：新型秸秆吸附材料 As(Ⅲ) 吸附
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703;O647.33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-34
• 1.1 研究背景11-25
• 1.1.1 砷及砷化物的理化性质11-12
• 1.1.2 砷污染的来源12
• 1.1.3 砷污染与人体健康12-13
• 1.1.4 As(Ⅲ)的高毒性与处理难度13
• 1.1.5 含As(Ⅲ)废水处理技术研究现状13-17
• 1.1.6 传统去除As(Ⅲ)方法的不足17-18
• 1.1.7 生物吸附剂的研究进展18-22
• 1.1.8 吸附机理研究方法22-25
• 1.2 研究意义与目的25-26
• 1.3 潜在创新点26
• 1.4 研究内容26-27
• 1.5 论文总体思路和具体技术路线27-28
• 参考文献28-34
• 第二章 新型秸秆吸附材料的制备和表征34-46
• 2.1 引言34
• 2.2 本章研究内容34
• 2.3 实验部分34-37
• 2.3.1 实验材料与仪器34-35
• 2.3.2 实验方法35-37
• 2.4 实验结果与讨论37-44
• 2.4.1 季铵化反应条件对含氮量的影响37-40
• 2.4.2 表征结果分析40-44
• 2.5 本章小结44-45
• 参考文献45-46
• 第三章 新型秸秆吸附材料对AS(Ⅲ)的吸附行为和机理46-61
• 3.1 引言46
• 3.2 本章研究内容46-47
• 3.3 实验部分47-50
• 3.3.1 实验仪器和试剂47-48
• 3.3.2 实验方法48-50
• 3.4 实验结果与讨论50-58
• 3.4.1 吸附等温线50-51
• 3.4.2 吸附热力学曲线51-52
• 3.4.3 吸附动力学曲线52-54
• 3.4.4 新型秸秆吸附材料表面分析54-55
• 3.4.5 动态小柱吸附研究55-57
• 3.4.6 吸附-脱附实验57-58
• 3.5 本章小结58-59
• 参考文献59-61
• 第四章 溶液介质条件对吸附行为的影响61-71
• 4.1 引言61
• 4.2 本章实验内容61
• 4.3 实验部分61-64
• 4.3.1 实验仪器和试剂61-63
• 4.3.2 实验方法63-64
• 4.4 实验结果与讨论64-68
• 4.4.1 pH对吸附性能的影响64-65
• 4.4.2 温度对吸附性能的影响65-66
• 4.4.3 天然有机物对吸附性能的影响66-67
• 4.4.4 无机阴离子对吸附性能的影响67-68
• 4.5 本章小结68-70
• 参考文献70-71
• 第五章 总结与展望71-73
• 5.1 总结71-72
• 5.2 展望72-73
• 攻读硕士学位期间的主要科研成果73-75
• 附录75-77
• 致谢77-78

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