發(fā)布時間：2017-12-14 14:02

  本文關鍵詞：苧麻麻骨吸附重金屬機理及吸附材料的制備

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【摘要】：重金屬廢水與農(nóng)林廢棄物同屬環(huán)境廢物,直接排放,對環(huán)境安全隱患突出,特別是重金屬廢水,一旦排入環(huán)境中,將造成嚴重的環(huán)境污染,危害性極強。低濃度重金屬廢水(100 mg/L)的處理難度大,易被忽視,對其治理工作一直以來是世界環(huán)保領域的熱點和難點。我國是農(nóng)業(yè)大國,隨著科技的發(fā)展,農(nóng)林廢棄物的產(chǎn)量越來越多,絕大部分被直接丟棄于田間地頭,如此簡單處理造成巨大浪費。農(nóng)林廢棄物是可利用的再生資源,因此,開展針對低濃度重金屬廢水的深度凈化及農(nóng)林廢棄物綜合利用等的相關研究對實現(xiàn)資源的循環(huán)利用及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。有關農(nóng)林廢棄物吸附重金屬的研究為數(shù)不少,但對其吸附機理的探討一直是學界爭論的熱門話題,迄今為止,尚未有明確的結論;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+全過程的影響因素、吸附行為,并通過動態(tài)和靜態(tài)試驗分別對吸附過程進行模型擬合,利用多種表征手段對相關過程的吸附劑進行表征,以期揭示吸附機理。此外,以農(nóng)林廢棄物制備相關吸附材料,是其應用的首要條件,將苧麻麻骨加工成水分散苧麻麻骨餅,為農(nóng)林廢棄物的應用提供參考。主要研究結果如下:1、利用SEM、FTIR、TAG等手段,對苧麻麻骨結構和外觀等物理性質進行了觀察分析,并測定了其主要化學成分及含量,并以實驗室模擬Cd2+廢水為吸附質,通過熱力學、動力學的計算和模擬揭示麻骨重金屬Cd2+的吸附機理。結果顯示,苧麻麻骨主要由纖維素、半纖維素和木質素組成,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的氨基、羧基、羥基、醚基、酯基等多種官能團,這些基團絕大部分為惰性基團,通常情況下不參與吸附過程,活性基團占基團總數(shù)不到10%,其密度為4.10×10-4 mol�Rg-1,惰性基團在一定條件下可轉化為活性基團,從而影響吸附過程。麻骨靜態(tài)吸附Cd2+和Cu2+的過程與Langmuir和Freundlich模型均有較好的擬合性,是由于活性吸附位點在麻骨表面的分布比較均勻,部分惰性官能團選擇性地參與吸附重金屬的過程所造成。對動力學的研究表明,麻骨吸附Cu2+和Cd2+的過程即滿足一級動力學過程又符合二級動力學模型,也與部分惰性官能團參與吸附過程有關。2、利用軟件MINEQL+4.6雙層模型擬合軟件對麻骨吸附Cu2+的過程進行擬合。結果表明,麻骨吸附重金屬離子的過程主要機理為絡合作用,也伴隨部分沉淀作用及電荷吸附作用,pH值通過影響重金屬離子的存在狀態(tài)而影響吸附機制,對麻骨吸附重金屬離子影響較大。吸附過程不僅發(fā)生在麻骨表面,部分重金屬離子通過內(nèi)擴散方式進入麻骨內(nèi)部而被固定。表面吸附過程以單層吸附為主,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構和性質決定的。3、動態(tài)吸附過程表明,麻骨填層厚度、重金屬溶液初始濃度、pH及流出速度對吸附穿透曲線均具有較大的影響。麻骨吸附Cu2+和Cd2+的過程呈現(xiàn)相似的規(guī)律,流速越大、濃度越大、吸附層厚度越大、穿透時間越短,越易被穿透。在實際應用中,設定穿透時間需考慮飽和吸附量及出水口水質標準。Tomas、BDST及Yoon-Nelson三種模型均能較好的描述動態(tài)吸附過程,因此,可以利用以上三種模型準確預測穿透時間、在設定流速和濃度方面及設計建造試驗工藝設備方面為工藝設計者提供參考。4、對麻骨水溶物成分進行分析,結果顯示,溶出物中共檢測出19種成分,以酮類和酯類為主,分別占所提取物質含量的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受外界因素干擾較大,溶液pH值、溶液溫度、溶出時間、ρ(Cd2+)、麻骨粒徑等均能影響麻骨表面物質的溶出,以溫度和麻骨粒徑對溶出量的影響最大,溫度越高,溶出物越多,故在實際應用中,麻骨粒徑及溫度是控制麻骨DOC溶出量的關鍵因素。5、將苧麻麻骨加工成水分散苧麻麻骨餅(WDRSC),可提高苧麻麻骨對重金屬的吸附量,試驗中所制WDRSC的配方為(質量比):潤濕劑(13%)+黏結劑(2%)+崩解劑(10%)+苧麻麻骨(75%)。該產(chǎn)品入水后可迅速被水潤濕并自動分散成懸浮液,在較短的時間內(nèi)使麻骨與重金屬廢水充分接觸并混合。對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,無二次污染,在提高麻骨吸附性能過程中具有重要作用。
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703;X71

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