秸秆类生物吸附剂的制备及其对溶液中六价铬的吸附性能研究

【摘要】：随着现代工业的迅速发展,重金属污染日趋严重。如何消除重金属的危害并有效地回收重金属是当今环境保护工作面临的突出问题。生物吸附作为一种新兴的重金属去除回收技术,具有原料来源广泛、吸附效率高、环境友好、不产生二次污染等优点,具有广阔的应用前景。 小麦秸秆是来源广泛,价格低廉的农业副产物,已有研究表明其具有去除水中重金属离子的能力,但对于其吸附水中重金属阴离子的研究还鲜有报道,本文利用小麦秸秆作吸附剂处理Cr(VI)模拟废水。试验考察了pH、小麦秸秆投加量、温度和初始Cr(VI)浓度对吸附活性的影响,进而确定了小麦秸秆去除Cr(VI)的最优条件。结果表明:当pH=1.0,温度为50℃,固液比为40 g/L时,小麦秸秆对Cr(VI)的吸附效果最佳。在pH=1.0、温度为30℃,固液比为4 g/L的条件下,当初始Cr(VI)浓度分别为50,100和150 mg/L时,吸附6 h达到平衡,饱和吸附量分别为6.281,11.942和13.981 mg/g。吸附动力学反应符合准二级动力学方程。吸附热力学反应符合Langmuir吸附等温方程。结合FTIR谱图和SEM结果以及EDX数据,推断小麦秸秆对Cr(VI)的吸附过程以化学吸附为主。 为了确定在流动的水体中,小麦秸秆对Cr(VI)的去除情况,以及吸附饱和的小麦秸秆在动态条件下的脱附再生情况,实验研究了小麦秸秆对Cr(VI)动态吸附和脱附过程,系统分析了Cr(VI)在小麦秸秆上动态动力学及影响动态吸附曲线和解吸曲线的因素,确定了小麦秸秆对Cr(VI)吸、脱附的最佳工艺参数。结果表明:小麦秸秆动态吸附Cr(VI)最佳工艺参数为:pH=1、流速3.0mL/min、温度20℃及上柱Cr(VI)浓度10mg/L;小麦秸秆动态解吸最佳工艺参数为:洗脱液为0.7mol/L的盐酸,流速为1.0mL/min、洗脱温度为40℃。该研究对于以农业秸秆为原料的Cr(VI)吸附剂的研制开发和应用具有理论意义和现实意义,对解决水体Cr(VI)污染问题以及由于农业废弃物处置不当而造成的环境污染和安全问题亦具有积极作用。 选用小麦秸秆为生物质代表,在200℃、400℃、500℃不同温度下,限氧碳化制备生物碳质吸附剂M_(200)、M_(400)、M_(500),分别考察其对Cr(VI)的吸附性能,通过观察等温吸附模型和吸附动力学方程,分析其可能的吸附机理。研究结果表明,三种生物碳质对Cr(VI)的吸附量随着初始浓度的增加而增加,6h达到吸附平衡;吸附反应符合准二级动力学方程;吸附等温线结果表明,生物碳质对Cr(VI)的吸附可以用Langmuir模型很好描述,小麦秸秆生物碳质对Cr(VI)的最大吸附量随着碳化温度的升高而降低,分别为35.778mg/g、19.79mg/g、19.227mg/g。小麦秸秆生物碳质是去除含铬废水中Cr(VI)的廉价与良好的吸附剂。 【关键词】：小麦秸秆 生物碳质 吸附 Cr(VI) 动力学 热力学 机理
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-33
• 1.1 含重金属废水来源及其危害10-11
• 1.2 水环境重金属污染特点11
• 1.3 含重金属废水处理方法11-13
• 1.4 铬及铬污染概述13-19
• 1.4.1 铬的化学参数13
• 1.4.2 铬污染来源13-14
• 1.4.3 铬的存在形态及在环境中的迁移、转化14-15
• 1.4.4 铬污染的危害15-16
• 1.4.5 含铬废水的治理现状16-19
• 1.5 生物吸附剂研究进展19-31
• 1.5.1 生物吸附剂及其来源19-20
• 1.5.2 生物吸附剂的吸附机理20-22
• 1.5.3 生物吸附平衡模式22-24
• 1.5.4 影响生物吸附的因素24-25
• 1.5.5 农林废弃物生物吸附剂25-31
• 1.6 本研究背景、意义及主要内容31-33
• 1.6.1 选题背景和意义31
• 1.6.2 需要解决的关键问题及主要研究内容31-33
• 第2章 实验材料仪器及方法33-38
• 2.1 实验材料与仪器33-34
• 2.1.1 吸附剂的制备33
• 2.1.2 试验试剂33
• 2.1.3 实验仪器33-34
• 2.2 实验方法34-38
• 2.2.1 吸脱附实验方法34-37
• 2.2.2 分析检验及产物表征方法37-38
• 第3章 原状小麦秸秆对Cr(VI)的静态吸附性能分析38-47
• 3.1 小麦秸秆吸附水中Cr(VI)的影响因素38-40
• 3.1.1 溶液初始pH 值对Cr(VI)去除效果的影响38-39
• 3.1.2 小麦秸秆投加量对Cr(VI)去除效果的影响39
• 3.1.3 温度对Cr(VI)去除效果的影响39-40
• 3.1.4 溶液初始Cr(VI)浓度对Cr(VI)去除效果的影响40
• 3.2 小麦秸秆对Cr(VI)的吸附动力学研究40-41
• 3.3 小麦秸秆对Cr(VI)的吸附热力学研究41-43
• 3.4 分析检验及产物表征43-45
• 3.4.1 红外光谱分析43-44
• 3.4.2 SEM 电镜分析44-45
• 3.4.3 X 射线能谱仪(EDX)分析45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 小麦秸秆对Cr(VI)的动态吸、脱附性能研究47-52
• 4.1 动态吸附性能47-49
• 4.1.1 柱操作流速对动态吸附效果的影响47
• 4.1.2 Cr(VI)初始浓度对动态吸附效果的影响47-48
• 4.1.3 pH 值对动态吸附效果的影响48
• 4.1.4 温度对动态吸附效果的影响48-49
• 4.2 动态脱附性能49-50
• 4.2.1 洗脱剂浓度的选择49
• 4.2.2 流速对洗脱过程的影响49-50
• 4.2.3 温度对洗脱过程的影响50
• 4.3 本章小结50-52
• 第5章 改性小麦秸秆对Cr(VI)的吸附性能研究52-56
• 5.1 改性小麦秸秆对Cr(VI)的吸附动力学研究52-53
• 5.2 改性小麦秸秆对Cr(VI)的吸附热力学分析53-54
• 5.3 吸附机理54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第6章 小麦秸秆对Cr(VI)的吸附机理探讨56-58
• 结论与展望58-60
• 参考文献60-71
• 致谢71-72
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的论文72

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