油菜秸秆/水滑石复合材料的制备及其吸附性能的研究

【摘要】：磷是导致水体富营养化的主要污染因子,目前我们国家水体富营养化形势严峻,基于生物质资源的复合材料的现状,采用生物质能材料与黏土矿物复合的方法来去除水体中磷和腐殖酸。本论文选用Mg/Al水滑石和油菜秸秆为原料,采用溶液插层复合法制备油菜秸秆/水滑石复合材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FTIR)和比表面积(BET)等表征手段分析了复合材料的形貌及结构特征。研究了复合方式、煅烧温度、油菜秸秆与水滑石的质量比等因素对复合材料吸附性能的影响。通过改变吸附温度、投加量、溶液初始浓度等参数探究了复合材料的最佳吸附条件,并通过复合材料去除磷和腐殖酸的吸附动力学和吸附热力学研究,揭示了复合材料对磷和腐殖酸等阴离子型污染物的吸附机理。同时,我们对复合材料的环境友好性和可重复利用性能进行了研究。本论文的主要研究内容如下:(1)形貌及结构分析:水滑石和油菜秸秆材料经过复合后,其复合材料的平均孔径(1937.16 nm)大于水滑石的平均孔径(432.56 nm),形成多孔的插层型复合材料,且形成的插层型结构提高了复合材料对磷和腐殖酸的吸附性能。(2)吸附性能研究:通过对不同方法制备的材料之间除磷效果的对比,如煅烧与未煅烧复合材料、物理混合与复合材料、不同质量比材料等,发现油菜秸秆与煅烧后的水滑石按照1/1的质量制备的复合材料其吸附性能要优于其他方法制备的复合材料,且吸附效果稳定良好,吸附腐殖酸选择0.6/1的质量比。油菜秸秆/水滑石复合材料的最佳吸附条件为复合材料的除磷投加量为0.6 g/L,除腐殖酸的投加量为0.7 g/L,吸附温度为20℃,磷的溶液初始浓度为5 mg/L,腐殖酸的溶液初始浓度为10 mg/L,共存离子对吸附效果有一定的影响,磷的去除率达到94%以上,腐殖酸的去除率达到77%以上。(3)吸附机理研究:复合材料对磷和混合溶液的吸附均符合准二级动力学模型和Langnmir等温线模型,且腐殖酸的存在降低了复合材料吸附磷的吸附效果。(4)环境友好性和可重复利用性能研究:通过测定了复合材料在水溶液中的溶出量,为复合材料作为新型阴离子吸附剂所具备的环境友好性能提供了依据,通过回用复合材料用于吸附实验,探究了材料的重复利用效果。 【关键词】：水滑石 油菜秸秆 复合材料 除磷 除腐殖酸
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;X52
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-32
• 1.1 前言12
• 1.2 国内外含磷污水处理的研究进展12-17
• 1.2.1 水体中磷的作用12-13
• 1.2.2 含磷污水处理方法13-17
• 1.3 腐殖酸在水体中的作用和研究进展17-19
• 1.3.1 水体中腐殖酸的作用17-18
• 1.3.2 腐殖酸处理方法18-19
• 1.4 聚合物/水滑石复合材料研究进展19-26
• 1.4.1 水滑石的结构与性能19-22
• 1.4.2 油菜秸秆在吸附材料中的应用22-25
• 1.4.3 聚合物/水滑石复合材料的研究现状25-26
• 1.5 课题的研究背景及意义26-29
• 1.5.1 选题的依据及背景26-28
• 1.5.2 选题的意义28-29
• 1.6 课题研究的主要内容及创新点29-32
• 1.6.1 课题研究的内容29-30
• 1.6.2 课题研究的创新点30-32
• 第2章 材料的制备与表征32-42
• 2.1 实验部分32-33
• 2.1.1 实验仪器与设备32
• 2.1.2 实验试剂与药品32-33
• 2.2 复合材料的制备33-34
• 2.2.1 油菜秸秆的预处理33
• 2.2.2 水滑石的制备33-34
• 2.2.3 油菜秸秆/水滑石复合材料的制备34
• 2.3 材料表征34-35
• 2.3.1 SEM表征34
• 2.3.2 XRD表征34-35
• 2.3.3 FTIR表征35
• 2.3.4 BET表征35
• 2.4 结果与讨论35-41
• 2.4.1 油菜秸秆和水滑石复合后材料的表面形貌35-37
• 2.4.2 不同水滑石和复合材料的晶体结构37-38
• 2.4.3 油菜秸秆、水滑石和不同混合方式材料FTIR38-40
• 2.4.4 油菜秸秆、水滑石和复合材料BET40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第3章 复合材料去除磷的研究42-54
• 3.1 实验部分42-44
• 3.1.1 实验仪器与设备42-43
• 3.1.2 实验药品与试剂43
• 3.1.3 实验方法43-44
• 3.2 结果与讨论44-52
• 3.2.1 磷标准曲线的绘制44
• 3.2.2 复合材料性能对吸附磷的探究44-48
• 3.2.3 复合材料对吸附磷的条件探索48-52
• 3.3 本章小结52-54
• 第4章 复合材料去除腐殖酸的研究54-66
• 4.1 实验部分54-56
• 4.1.1 实验仪器与设备54-55
• 4.1.2 实验药品与试剂55
• 4.1.3 实验方法55-56
• 4.2 结果与讨论56-63
• 4.2.1 腐殖酸标准曲线的绘制56
• 4.2.2 复合材料性能对吸附腐殖酸的探究56-60
• 4.2.3 复合材料对吸附腐殖酸的条件探索60-63
• 4.3 本章小结63-66
• 第5章 复合材料对磷和腐殖酸吸附行为及机理的探究66-76
• 5.1 试验部分66-67
• 5.1.1 实验仪器与设备66
• 5.1.2 实验药品与试剂66-67
• 5.1.3 实验方法67
• 5.2 结果与讨论67-74
• 5.2.1 热力学研究67-69
• 5.2.2 吸附动力学69-74
• 5.4 本章小结74-76
• 第6章 复合材料的环境友好性和可重复利用性能研究76-84
• 6.1 复合材料的环境友好性能测定76-78
• 6.1.1 实验仪器与设备76
• 6.1.2 实验试剂与药品76-77
• 6.1.3 实验方法77-78
• 6.2 实验结果与讨论78-80
• 6.2.1 复合材料对水中总硬度的影响78-79
• 6.2.2 复合材料中Al的溶出量分析79-80
• 6.3 可重复利用性能测定80-82
• 6.3.1 实验方法80-81
• 6.3.2 实验结果与讨论81-82
• 6.4 本章小结82-84
• 第7章 总结与展望84-86
• 7.1 总结84-85
• 7.2 展望85-86
• 参考文献86-96
• 攻读硕士期间已发表的论文96-98
• 致谢98

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