改性玉米秸秆的表征及吸附性能研究

【摘要】：生物炼制是利用农业废弃物、植物基淀粉和木质纤维素材料为原料,生产各种化学品、燃料和生物基材料的工业过程。生物炼制过程可大大提高可再生植物基原料的应用范围,为化学和能源经济方面在绿色可持续发展道路上提供有效方式。玉米秸秆为生物质原料,其玉米秸秆纤维素为多孔结构,因含有大量的羟基而具有良好的亲水特性,可发生酯化、醚化、接枝共聚等反应。通过化学改性,在其活泼羟基上引入大量的功能性基团,与废水中的金属离子发生作用,可作为重金属污染的水处理吸附剂。本论文主要研究内容包括利用廉价的玉米秸秆,对其进行化学改性,得到改性玉米秸秆吸附剂,探讨关键因素交联剂投入量、反应温度、反应时间对改性玉米秸秆在废水中Cr6+吸附效率影响。通过Box-Behnken试验设计优化改性玉米秸秆吸附剂工艺参数。在单因素实验基础上,通过中心组合实验的到吸附剂的最佳制备工艺条件为交联剂二乙烯三胺用量1.25mL、接枝反应温度101℃、接枝反应时间2.15h。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、比表面积分析(BET)和扫描电镜(SEM)表征其结构特征。改性玉米秸秆FT-IR表明,胺基(N-H)官能团的伸缩振动吸收峰强度较大,可能是由于接枝到玉米秸秆上的季胺基团引起的。BET分析表明,改性玉米秸秆的比表面积相对增加,有助于吸附能力的增大。SEM分析表明,改性玉米秸秆表面明显凹凸不平,吸附六价铬后表面呈现更多的颗粒状物质,说明改性玉米秸秆吸附作用可能主要通过接枝到表面的季胺活性基团实现。改性玉米秸秆吸附剂对六价铬进行吸附研究,探讨了关键因素交联剂投入量、反应温度、反应时间对改性玉米秸秆在废水中Cr6+吸附效率影响。在改性玉米秸秆吸附剂用量为0.6g/L、pH为2、吸附温度20℃、吸附平衡时间120min条件下,对废水中Cr6+的吸附量为176.5mg/g,去除率为99.9%。玉米在全球被广泛种植,其副产物秸秆资源丰富,经过化学改性后在纤维结构中引入特定功能基团,使得改性玉米秸秆对特定的重金属离子具有高的选择性与吸附容量,将成为生物基吸附材料的重要开发方向,为将来替代价格相对较贵的吸附材料活性炭、离子树脂等奠定基础,为秸秆的高效利用提供了重要途径。 【关键词】：玉米秸秆 改性 表征 Cr6+ 吸附
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O647.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题来源及研究意义9
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究意义9
• 1.2 玉米秸秆主要组成和结构分析9-12
• 1.2.1 纤维素10-11
• 1.2.2 半纤维素11-12
• 1.2.3 木质素12
• 1.3 玉米秸秆主要利用途径12-14
• 1.3.1 玉米秸秆在农业方面应用12-13
• 1.3.2 玉米秸秆在工业方面应用13-14
• 1.4 生物基吸附剂概述14-16
• 1.4.1 生物质吸附剂概论14
• 1.4.2 天然纤维素对重金属离子的吸附14
• 1.4.3 生物质纤维素改性14-15
• 1.4.4 改性生物质吸附应用15-16
• 1.5 改性玉米秸秆研究16
• 1.6 工业含铬废水治理方法16-17
• 1.7 本论文研究意义与内容17-19
• 第二章 材料与方法19-26
• 2.1 试剂及仪器19-20
• 2.2 主要试剂配制方法20-21
• 2.2.1 氢氧化钠溶液配制20
• 2.2.2 盐酸溶液配制20
• 2.2.3 标准Cr~(6+)溶液配制20
• 2.2.4 Cr~(6+)溶液配制20
• 2.2.5 显色剂配制20-21
• 2.3 改性玉米秸秆制备方法21
• 2.4 改性玉米秸秆吸附实验方法21
• 2.5 Cr~(6+)分析方法21-23
• 2.5.1 二苯碳酰二肼分光光度法21-22
• 2.5.2 二苯碳酰二肼分光光度法标准曲线的绘制22
• 2.5.3 Cr~(6+)吸附量及去除率22-23
• 2.6 吸附动力学实验23
• 2.7 吸附等温线实验23-24
• 2.8 Box-Behnken优化组合实验24
• 2.9 改性玉米秸秆性能表征24-26
• 2.9.1 红外光谱分析24
• 2.9.2 比表面积及孔径分析24
• 2.9.3 热重分析24-25
• 2.9.4 电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）分析25
• 2.9.5 扫描电镜分析25-26
• 第三章 改性玉米秸秆吸附剂制备研究26-34
• 3.1 交联剂用量对改性效果影响27-28
• 3.2 接枝反应温度对改性效果影响28
• 3.3 接枝反应时间对改性效果影响28-29
• 3.4 改性玉米秸秆制备工艺参数优化29-33
• 3.4.1 模型建立29-31
• 3.4.2 响应面图与等高线图分析31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 改性玉米秸秆结构表征34-38
• 4.1 改性玉米秸秆红外光谱分析34-35
• 4.2 改性玉米秸秆比表面积及孔径分析35
• 4.3 改性玉米秸秆热重分析35-36
• 4.4 改性玉米秸秆扫描电镜分析36
• 4.5 改性玉米秸秆ICP-OES分析36-37
• 4.6 改性玉米秸秆吸附性能研究37
• 4.7 本章小结37-38
• 第五章 改性玉米秸秆对Cr~(6+)离子吸附效果研究38-42
• 5.1 改性玉米秸秆用量对Cr~(6+)吸附效果影响38
• 5.2 初始溶液pH对Cr~(6+)吸附效果影响38-39
• 5.3 改性玉米秸秆对Cr~(6+)吸附动力学研究39-40
• 5.4 改性玉米秸秆对Cr~(6+)等温吸附研究40-41
• 5.5 本章小结41-42
• 第六章 结论42-43
• 致谢43-44
• 参考文献44-49
• 作者简介49
• 攻读硕士学位期间研究成果49

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