改性农用秸秆对水中硝酸根、磷酸根吸附效果的研究

【摘要】： 中国具有丰富的农用秸秆资源，但是其中大量的农用秸秆没有得到合理利用，而是直接被丢弃或者焚烧，导致很多环境污染和安全事故问题。并且水体中过多的硝酸根、磷酸根等阴离子能够引起对人体健康的危害以及严重的水体富营养化问题，因此本文在概述农用秸秆的综合利用和水中硝酸根、磷酸根去除技术的基础上，通过将农用秸秆与环氧氯丙烷和二甲胺发生交联、叔胺化反应，研制出能够高效去除水中硝酸根、磷酸根的阴离子交换剂，并对其对水中硝酸根、磷酸根的去除效果进行了研究。 本研究将纤维素改性方法应用于农用秸秆的改性，以环氧氯丙烷作为醚化剂，在吡啶的催化作用下，与二甲胺发生交联反应，通过接入叔胺基团，改变农用秸秆的表面电性和对水中硝酸根、磷酸根的去除性能。在不同物料投加量、反应温度和反应时间等条件下，将农用秸秆改性研制出了一系列阴离子交换剂，并且以改性后农用秸秆对硝酸根、磷酸根的去除效果为指标，确定了最佳改性条件并得到了最佳改性产物；利用多种化学方法和现代分析技术，如扫描电镜技术、BET-N_2吸附法、微电泳测定技术、元素分析技术和X射线衍射技术等，对改性前后农用秸秆的结构形貌、比表面积、表面电荷、组成元素和结晶性进行了表征。结果表明在农用秸秆的改性过程中，物料配比、各反应阶段的反应温度和反应时间等都是影响改性效果的较为关键的因素，因此改性过程中要严格控制改性条件。农用秸秆在改性后，部分物理化学性质发生了很大的变化。在结构形貌方面，改性后秸秆表面更加光滑，并且沿纵向出现很多空腔；在表面电性方面，改性前秸秆表面带负电荷，改性后秸秆表面带正电荷；在元素含量方面，改性后秸秆的含氮量大约是改性前的10倍。 本研究还在实验室内通过静态吸附法对改性农用秸秆对模拟水中硝酸根、磷酸根的吸附效果进行了详尽的研究。结果表明改性小麦秸秆和改性玉米秸秆对硝酸根、磷酸根的吸附规律一致。与改性前农用秸秆相比，改性后农用秸秆对水中硝酸根、磷酸根的吸附量大大增加。改性农用秸秆有较宽的投加量范围，能保证对硝酸根、磷酸根良好的去除效果。改性农用秸秆对水中硝酸根、磷酸根的去除效果受pH的影响比较大，随pH的升高，去除率增大。去除效果受温度的影响较小，这使得改性农用秸秆在实际应用中能够免受季节的限制。改性后农用秸秆对阴离子的去除速度很快，在50 min内即可完成整个吸附过程，达到吸附平衡。改性后农用秸秆通过秸秆骨架上带正电的叔胺基团与水中阴离子的静电力作用发生吸附，为物理吸附。 【关键词】：农用秸秆 改性 吸附 硝酸根 磷酸根
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X712
【目录】：

• 目录4-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 前言11-15
• 1.1 国内外农用秸秆的综合利用现状11-12
• 1.1.1 秸秆用作肥料11
• 1.1.2 秸秆用作饲料11-12
• 1.1.3 秸秆用作燃料12
• 1.1.4 秸秆用作工副业生产原料12
• 1.2 水体中硝酸根、磷酸根离子的危害12-13
• 1.3 水体中阴离子的处理技术13
• 1.4 本论文所要解决的主要问题及主要研究内容13-14
• 1.5 本课题的创新之处14-15
• 第2章 实验材料和方法15-20
• 2.1 药剂和材料15-16
• 2.1.1 主要材料15
• 2.1.2 实验试剂15
• 2.1.3 仪器和设备15-16
• 2.2 实验方法16-20
• 2.2.1 扫描电镜分析方法16
• 2.2.2 比表面积的分析方法16
• 2.2.3 Zeta电位的测定方法16
• 2.2.4 元素分析方法16
• 2.2.5 X射线衍射方法16
• 2.2.6 阴离子标准溶液的制备16-17
• 2.2.7 吸附方法17-18
• 2.2.8 阴离子浓度的测定18-20
• 第3章 农用秸秆改性方法与改性机理的研究20-34
• 3.1 农用秸秆的化学组成20-21
• 3.2 农用秸秆的改性原理与改性方法21-23
• 3.3.1 农用秸秆的改性原理21-22
• 3.3.2 农用秸秆的改性方法22-23
• 3.3 最佳改性条件的选择23-31
• 3.3.1 秸秆投加量对改性效果的影响23-24
• 3.3.2 吡啶投加量对改性效果的影响24-27
• 3.3.3 二甲胺投加量对改性效果的影响27
• 3.3.4 第一阶段反应温度对改性效果的影响27-28
• 3.3.5 第一阶段反应时间对改性效果的影响28
• 3.3.6 第二阶段反应温度对改性效果的影响28
• 3.3.7 第二阶段反应时间对改性效果的影响28-29
• 3.3.8 第三阶段反应温度对改性效果的影响29-30
• 3.3.9 第三阶段反应时间对改性效果的影响30
• 3.3.10 小结30-31
• 3.4 农用秸秆改性前后物化性质的变化31-34
• 3.4.1 改性前后色泽的变化31
• 3.4.2 改性前后SEM图片的变化31
• 3.4.3 改性前后比表面积的变化31-32
• 3.4.4 改性前后Zeta电位的变化32
• 3.4.5 改性前后氮元素含量的变化32-33
• 3.4.6 改性前后X射线衍射图的变化33-34
• 第4章 改性农用秸秆对水中阴离子的吸附效果及吸附机理的研究34-61
• 4.1 改性小麦秸秆对水中硝酸根的吸附研究34-40
• 4.1.1 硝酸根在改性小麦秸秆上的吸附等温线34-36
• 4.1.2 改性小麦秸秆对硝酸根的吸附动力学研究36-40
• 4.2 改性小麦秸秆对水中磷酸根的吸附研究40-45
• 4.2.1 改性小麦秸秆投加量对吸附效果的影响40
• 4.2.2 溶液pH值对吸附效果的影响40-41
• 4.2.3 温度对磷酸根吸附效果的影响41-42
• 4.2.4 吸附动力学42-44
• 4.2.5 竞争吸附试验44-45
• 4.3 改性玉米秸秆对水中硝酸根的吸附研究45-51
• 4.3.1 溶液pH值对吸附效果的影响45
• 4.3.2 改性玉米秸秆投加量对吸附效果的影响45-46
• 4.3.3 温度对硝酸根吸附效果的影响46-47
• 4.3.4 振荡时间对吸附效果的影响47-51
• 4.4 改性玉米秸秆对水中磷酸根的吸附研究51-57
• 4.4.1 投加量对吸附效果的影响51
• 4.4.2 pH对吸附效果的影响51-52
• 4.4.3 初始浓度对吸附效果的影响52-53
• 4.4.4 温度对吸附效果的影响53-54
• 4.4.5 吸附动力学研究54-55
• 4.4.6 吸附热力学研究55-57
• 4.5 阴离子交换剂吸附阴离子的机理57-61
• 4.5.1 Donnan膜理论58-59
• 4.5.2 晶格理论59
• 4.5.3 双电层理论59-61
• 第5章 结论61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录68-69
• 学位论文评阅及答辩情况表69

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