發(fā)布時(shí)間：2017-12-14 14:02

  本文關(guān)鍵詞：苧麻麻骨吸附重金屬機(jī)理及吸附材料的制備

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【摘要】：重金屬?gòu)U水與農(nóng)林廢棄物同屬環(huán)境廢物,直接排放,對(duì)環(huán)境安全隱患突出,特別是重金屬?gòu)U水,一旦排入環(huán)境中,將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,危害性極強(qiáng)。低濃度重金屬?gòu)U水(100 mg/L)的處理難度大,易被忽視,對(duì)其治理工作一直以來(lái)是世界環(huán)保領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),隨著科技的發(fā)展,農(nóng)林廢棄物的產(chǎn)量越來(lái)越多,絕大部分被直接丟棄于田間地頭,如此簡(jiǎn)單處理造成巨大浪費(fèi)。農(nóng)林廢棄物是可利用的再生資源,因此,開(kāi)展針對(duì)低濃度重金屬?gòu)U水的深度凈化及農(nóng)林廢棄物綜合利用等的相關(guān)研究對(duì)實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。有關(guān)農(nóng)林廢棄物吸附重金屬的研究為數(shù)不少,但對(duì)其吸附機(jī)理的探討一直是學(xué)界爭(zhēng)論的熱門(mén)話題,迄今為止,尚未有明確的結(jié)論;本研究以天然苧麻麻骨為原料,深入探索吸附重金屬Cu2+和Cd2+全過(guò)程的影響因素、吸附行為,并通過(guò)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)試驗(yàn)分別對(duì)吸附過(guò)程進(jìn)行模型擬合,利用多種表征手段對(duì)相關(guān)過(guò)程的吸附劑進(jìn)行表征,以期揭示吸附機(jī)理。此外,以農(nóng)林廢棄物制備相關(guān)吸附材料,是其應(yīng)用的首要條件,將苧麻麻骨加工成水分散苧麻麻骨餅,為農(nóng)林廢棄物的應(yīng)用提供參考。主要研究結(jié)果如下:1、利用SEM、FTIR、TAG等手段,對(duì)苧麻麻骨結(jié)構(gòu)和外觀等物理性質(zhì)進(jìn)行了觀察分析,并測(cè)定了其主要化學(xué)成分及含量,并以實(shí)驗(yàn)室模擬Cd2+廢水為吸附質(zhì),通過(guò)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的計(jì)算和模擬揭示麻骨重金屬Cd2+的吸附機(jī)理。結(jié)果顯示,苧麻麻骨主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成,三種成分占干重的86.58%,麻骨為具一定空隙的天然生物質(zhì)材料,孔壁表面光滑,麻骨表面積為1.05 m2/g,絕大多數(shù)孔徑分布介于20-50 nm之間,麻骨表面分布著大量與吸附相關(guān)的氨基、羧基、羥基、醚基、酯基等多種官能團(tuán),這些基團(tuán)絕大部分為惰性基團(tuán),通常情況下不參與吸附過(guò)程,活性基團(tuán)占基團(tuán)總數(shù)不到10%,其密度為4.10×10-4 mol�Rg-1,惰性基團(tuán)在一定條件下可轉(zhuǎn)化為活性基團(tuán),從而影響吸附過(guò)程。麻骨靜態(tài)吸附Cd2+和Cu2+的過(guò)程與Langmuir和Freundlich模型均有較好的擬合性,是由于活性吸附位點(diǎn)在麻骨表面的分布比較均勻,部分惰性官能團(tuán)選擇性地參與吸附重金屬的過(guò)程所造成。對(duì)動(dòng)力學(xué)的研究表明,麻骨吸附Cu2+和Cd2+的過(guò)程即滿(mǎn)足一級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程又符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,也與部分惰性官能團(tuán)參與吸附過(guò)程有關(guān)。2、利用軟件MINEQL+4.6雙層模型擬合軟件對(duì)麻骨吸附Cu2+的過(guò)程進(jìn)行擬合。結(jié)果表明,麻骨吸附重金屬離子的過(guò)程主要機(jī)理為絡(luò)合作用,也伴隨部分沉淀作用及電荷吸附作用,pH值通過(guò)影響重金屬離子的存在狀態(tài)而影響吸附機(jī)制,對(duì)麻骨吸附重金屬離子影響較大。吸附過(guò)程不僅發(fā)生在麻骨表面,部分重金屬離子通過(guò)內(nèi)擴(kuò)散方式進(jìn)入麻骨內(nèi)部而被固定。表面吸附過(guò)程以單層吸附為主,部分區(qū)域也存在多層吸附現(xiàn)象,這是由于麻骨表面凹凸不平的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)決定的。3、動(dòng)態(tài)吸附過(guò)程表明,麻骨填層厚度、重金屬溶液初始濃度、pH及流出速度對(duì)吸附穿透曲線均具有較大的影響。麻骨吸附Cu2+和Cd2+的過(guò)程呈現(xiàn)相似的規(guī)律,流速越大、濃度越大、吸附層厚度越大、穿透時(shí)間越短,越易被穿透。在實(shí)際應(yīng)用中,設(shè)定穿透時(shí)間需考慮飽和吸附量及出水口水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。Tomas、BDST及Yoon-Nelson三種模型均能較好的描述動(dòng)態(tài)吸附過(guò)程,因此,可以利用以上三種模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)穿透時(shí)間、在設(shè)定流速和濃度方面及設(shè)計(jì)建造試驗(yàn)工藝設(shè)備方面為工藝設(shè)計(jì)者提供參考。4、對(duì)麻骨水溶物成分進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,溶出物中共檢測(cè)出19種成分,以酮類(lèi)和酯類(lèi)為主,分別占所提取物質(zhì)含量的14.82%和75.38%,表明在通常狀況下,麻骨表面顯電中性。麻骨溶出物的溶出量性質(zhì)受外界因素干擾較大,溶液pH值、溶液溫度、溶出時(shí)間、ρ(Cd2+)、麻骨粒徑等均能影響麻骨表面物質(zhì)的溶出,以溫度和麻骨粒徑對(duì)溶出量的影響最大,溫度越高,溶出物越多,故在實(shí)際應(yīng)用中,麻骨粒徑及溫度是控制麻骨DOC溶出量的關(guān)鍵因素。5、將苧麻麻骨加工成水分散苧麻麻骨餅(WDRSC),可提高苧麻麻骨對(duì)重金屬的吸附量,試驗(yàn)中所制WDRSC的配方為(質(zhì)量比):潤(rùn)濕劑(13%)+黏結(jié)劑(2%)+崩解劑(10%)+苧麻麻骨(75%)。該產(chǎn)品入水后可迅速被水潤(rùn)濕并自動(dòng)分散成懸浮液,在較短的時(shí)間內(nèi)使麻骨與重金屬?gòu)U水充分接觸并混合。對(duì)Cu2+和Cd2+的去除率分別提高了11%和4%,各種助劑均為環(huán)境友好型天然物質(zhì),無(wú)二次污染,在提高麻骨吸附性能過(guò)程中具有重要作用。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X703;X71

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