柠檬酸修饰油菜秸秆对染料和重金属的吸附性能及机理研究

【摘要】：本研究以农林废弃物油菜秸秆为基质，选用柠檬酸为多官能团小分子对其进行表面修饰，制备出一种新型生物吸附材料，并利用现代分析仪器对其形貌特征及表面元素特性进行了表征。研究了该吸附剂对染污染物染料（孔雀石绿及中性红）及重金属离子（Pb（II）及Cd（II））的静态、动态的吸附行为，并对其吸附机理进行探讨。同时考察了该吸附剂的再生性能。主要研究工作和结果如下： （1）柠檬酸修饰油菜秸秆新型吸附材料的合成与表征 本实验采用柠檬酸对油菜秸秆进行修饰，并用SEM及XPS等现代仪器方法对产物表面结构进行了表征。SEM表征结果表明油菜秸秆具有多纤维状结构，这种结构有利于吸附的进行；XPS表征结果表明柠檬酸修饰油菜秸杆后，活性基团明显增多，说明接枝改变了秸杆表面的元素构成，柠檬酸成功的接枝到油菜秸秆上，接枝反应达到了预期效果。 （2）柠檬酸修饰油菜秸秆对染料静态吸附性能及机理研究 柠檬酸修饰油菜秸秆对中性红和孔雀石绿静态吸附的实验结果表明：在吸附剂投加量为1.2g/L，pH为两种染料自身pH，吸附时间为180min，初始浓度为400mg/L，吸附温度为25℃条件下，修饰油菜秸秆对中性红和孔雀石绿有最佳的去除效果，去除率分别达到99%和95%；柠檬酸修饰油菜秸秆对这两种染料都有较强的吸附能力，实验所得中性红和孔雀石绿的最大吸附容量分别为387.3mg/g和390.5mg/g。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型较能好的模拟油菜秸秆对中性红和孔雀石绿的吸附过程，说明吸附属于单分子层吸附，吸附过程属于化学吸附。 （3）柠檬酸修饰油菜秸秆对染料动态吸附性能及机理研究 柠檬酸修饰油菜秸秆对中性红和孔雀石绿动态吸附的实验结果表明：在吸附剂用量为0.2g，pH为两种染料自身pH，流速为5mL/min，初始浓度为400mg/L条件下，修饰油菜秸秆对中性红和孔雀石绿有较好的去除效果，对中性红的穿透时间和吸附柱饱和时间分别为65min和90min，对孔雀石绿的穿透时间和吸附柱饱和时间分别为70min和95min。Thomas模型很好的模拟油菜秸秆对中性红和孔雀石绿的动态吸附过程，动态吸附染料是单分子层吸附，而且没有轴向扩散。 （4）柠檬酸修饰油菜秸秆对重金属静态吸附性能及机理研究 柠檬酸修饰油菜秸秆对Pb2+和Cd2+静态吸附的实验结果表明：在吸附剂投加量分别为1.2g/L和2g/L，pH为两种金属离子自身pH，吸附时间为180min，，初始浓度分别为200mg/L和50mg/L，吸附温度为25℃的条件下，修饰油菜秸秆对Pb2+和Cd2+有最佳的去除效果，去除率分别为98%和95%。柠檬酸修饰油菜秸秆对Pb2+和Cd2+有较强的吸附能力，实验所得Pb2+和Cd2+的最大吸附容量分别为164mg/g和26.6mg/g。动Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型可以很好的模拟油菜秸秆对Pb2+和Cd2+的吸附过程，吸附属于单分子层吸附，吸附过程属于化学吸附。 （5）柠檬酸修饰油菜秸秆对重金属动态吸附性能及机理研究 柠檬酸修饰油菜秸秆对Pb2+和Cd2+动态吸附的实验结果表明：在吸附剂用量为0.2g，pH为两种染料自身pH，流速为5mL/min，初始浓度分别为为200mg/L和50mg/L条件下，修饰油菜秸秆对Pb2+和Cd2+具有较好的去除效果，对Pb2+的穿透时间和吸附柱饱和时间分别为30min和55min，对Cd2+的穿透时间和吸附柱饱和时间分别为30min和65min。Thomas模型很好的模拟油菜秸秆对Pb2+和Cd2+的动态吸附过程，动态吸附染料是单分子层吸附，而且没有轴向扩散。 （6）柠檬酸修饰油菜秸秆再生性能的研究 柠檬酸修饰油菜秸秆的再生实验结果表明：用HCl浸泡可以使吸附饱和的吸附剂脱附再生，再生后的吸附剂具有与新鲜吸附剂基本相同的吸附容量，说明吸附剂具有良好的再生性能。 【关键词】：柠檬酸 油菜秸秆 染料 重金属 吸附 再生 修饰
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目录10-12
• 第1章 文献综述12-30
• 1.1 吸附剂的种类与特点12-13
• 1.2 农林废弃物的研究进展13-17
• 1.2.1 农林废弃物的利用现状13-15
• 1.2.2 农林废弃物作为吸附剂的研究进展15-17
• 1.3 染料废水处理的研究进展17-22
• 1.3.1 染料废水的特点17-18
• 1.3.2 染料废水的处理方法18-22
• 1.4 重金属废水处理的研究进展22-27
• 1.4.1 化学法23-24
• 1.4.2 物理法24-26
• 1.4.3 生物处理法26-27
• 1.5 课题的研究背景及意义27
• 1.5.1 选题的依据及背景27
• 1.5.2 选题的意义27
• 1.6 课题研究的主要内容及创新点27-30
• 1.6.1 课题研究的内容27-28
• 1.6.2 课题研究的创新点28-30
• 第2章 吸附剂的制备及表征30-36
• 2.1 前言30
• 2.2 实验部分30-32
• 2.2.1 实验试剂与仪器30-31
• 2.2.2 实验方法31-32
• 2.3 结果与讨论32-34
• 2.3.1 SEM 表征结果32-33
• 2.3.2 XPS 表征结果33-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 柠檬酸修饰油菜秸秆对染料吸附行为及机理的探讨36-58
• 3.1 前言36
• 3.2 实验部分36-41
• 3.2.1 实验试剂与仪器36-37
• 3.2.2 实验方法37-39
• 3.2.3 分析方法39-41
• 3.3 结果与讨论41-57
• 3.3.1 染料静态吸附实验结果分析41-51
• 3.3.2 染料动态吸附实验结果分析51-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第4章 柠檬酸修饰油菜秸秆对重金属吸附行为及机理的探讨58-76
• 4.1 前言58
• 4.2 实验部分58-61
• 4.2.1 实验试剂及仪器58-59
• 4.2.2 实验方法59-60
• 4.2.3 分析方法60-61
• 4.3 结果与讨论61-73
• 4.3.1 重金属静态吸附试验结果分析61-68
• 4.3.2 金属离子动态吸附实验结果分析68-73
• 4.6 本章小结73-76
• 第5章 吸附剂的再生76-78
• 5.1 前言76
• 5.2 实验方法76
• 5.3 结果与讨论76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第6章 研究结论及展望78-80
• 6.1 前言78
• 6.2 研究结论78-79
• 6.3 展望与建议79-80
• 参考文献80-88
• 攻读硕士期间已发表的论文88-90
• 致谢90

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