小麥秸稈生物吸附劑的制備及其對(duì)鎘離子吸附的研究

【摘要】：本文以小麥秸稈為原料，制備了三種重金屬離子生物吸附劑：原狀小麥秸稈吸附劑（WS）、ZnCl_(2~-)微波改性小麥秸稈吸附劑（ZWS）和乙醇-NaOH改性小麥秸稈吸附劑（AWS），并將它們用于吸附去除水中的鎘離子。采用掃描電鏡和紅外光譜分析對(duì)制備好的吸附劑進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，通過振蕩吸附實(shí)驗(yàn)探討了吸附劑投加量、溶液初始pH值、吸附時(shí)間、溫度和鎘離子濃度對(duì)吸附的影響，研究了三種吸附劑對(duì)鎘離子的吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線和吸附熱力學(xué)參數(shù)，并查明了以HCl為解吸劑解吸再生三種吸附劑的效果。 對(duì)三種小麥秸稈生物吸附劑的表征研究結(jié)果表明：WS的表面結(jié)構(gòu)粗糙，并存在許多可以用于吸附的官能團(tuán)，顯示原狀小麥秸稈具有一定的吸附重金屬離子的潛力；改性后的產(chǎn)物ZWS和AWS不但較WS有更大的比表面積，并且其羥基、羰基等官能團(tuán)也發(fā)生了不同程度的變化，這些都使得這兩種改性吸附劑對(duì)重金屬離子的吸附能力增強(qiáng)。 振蕩吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨吸附劑投加量的增加，WS、ZWS和AWS對(duì)Cd~(2+)的去除率逐漸增大而吸附量逐漸減小，其最佳投加量分別為6g/L、4g/L、6g/L；溶液初始pH值對(duì)WS、ZWS和AWS吸附Cd~(2+)的效果有顯著影響，最適初始pH值分別為7.0、6.0和5.0~7.0。在293K到313K范圍內(nèi)，三種吸附劑對(duì)Cd~(2+)的吸附量隨溫度升高而增大，其熱力學(xué)參數(shù)說明它們對(duì)Cd~(2+)的吸附過程均為自發(fā)、熵增的吸熱過程；在實(shí)驗(yàn)的濃度范圍內(nèi)，三種吸附劑對(duì)Cd~(2+)的吸附量隨溶液Cd~(2+)濃度升高而增大，直至達(dá)到飽和。 吸附動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明：WS對(duì)Cd~(2+)的吸附僅符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模，吸附60min即可達(dá)到平衡；ZWS對(duì)Cd~(2+)的吸附符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，吸附在120min左右達(dá)到平衡；AWS對(duì)Cd~(2+)的吸附符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，且準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的擬合效果更佳，吸附在45min內(nèi)便達(dá)到平衡。 吸附等溫線研究結(jié)果表明：WS對(duì)Cd~(2+)的吸附符合Langmuir和Freudlich模型，并且Langmuir模型的擬合結(jié)果更佳，三種溫度下（293K、303K、313K）的飽和吸附量分別為16.393、17.544和17.857mg/L；ZWS對(duì)Cd~(2+)的吸附僅符合Langmuir模型，三種溫度下的飽和吸附量分別為62.500、64.935和67.568mg/L，較WS分別提高了281.3%、270.1%和278.4%；AWS對(duì)Cd~(2+)的吸附僅符合Langmuir模型，三種溫度下的飽和吸附量分別為20.000、20.833和21.739mg/L，相對(duì)于WS分別提高了22.0%、18.7%和21.7%。 吸附劑再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：吸附了Cd~(2+)的WS、ZWS和AWS可以用0.1mol/L HCl解吸再生，解吸率均大于95%；解吸再生后三種生物吸附劑的吸附性能均有所下降，下降幅度順序?yàn)椋篧S＞ZWS＞AWS。 【關(guān)鍵詞】：小麥秸 生物吸附 改性 鎘離子
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-26
• 1.1 鎘的來源與危害11-13
• 1.1.1 鎘的來源與形態(tài)11-12
• 1.1.2 鎘的危害12-13
• 1.2 重金屬廢水處理技術(shù)13-16
• 1.2.1 化學(xué)法13-14
• 1.2.2 物理化學(xué)法14-15
• 1.2.3 生物法15-16
• 1.3 生物吸附劑的研究進(jìn)展16-21
• 1.3.1 生物吸附劑16-19
• 1.3.2 吸附機(jī)理19-20
• 1.3.3 主要的影響因素20-21
• 1.4 農(nóng)作物秸稈的化學(xué)組成與性質(zhì)21-22
• 1.5 農(nóng)作物秸稈的資源化利用現(xiàn)狀22-24
• 1.5.1 用作土壤有機(jī)肥料22-23
• 1.5.2 用作牲畜飼料23
• 1.5.3 用作新型能源23
• 1.5.4 其它用途23-24
• 1.6 本研究的意義與內(nèi)容24-26
• 1.6.1 本研究的意義24-25
• 1.6.2 本研究的內(nèi)容25-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法26-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料26
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑26
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法26-31
• 2.2.1 改性小麥秸稈吸附劑的制備方法26-27
• 2.2.2 吸附實(shí)驗(yàn)方法27-28
• 2.2.3 產(chǎn)物的掃描電鏡（SEM）與紅外光譜（FTIR）表征方法28
• 2.2.4 數(shù)據(jù)分析方法28-31
• 第三章 小麥秸稈吸附鎘離子的研究31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 小麥秸稈的 SEM 與 FTIR 表征31-32
• 3.3 結(jié)果與分析32-39
• 3.3.1 吸附劑投加量的影響32-33
• 3.3.2 溶液初始 pH 值的影響33
• 3.3.3 吸附動(dòng)力學(xué)33-35
• 3.3.4 吸附等溫線35-37
• 3.3.5 熱力學(xué)參數(shù)37-38
• 3.3.6 吸附劑再生實(shí)驗(yàn)38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 ZnCl_(2~-)微波改性小麥秸稈吸附鎘離子的研究40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 ZnCl2-微波改性小麥秸稈40-42
• 4.2.1 改性原理40
• 4.2.2 產(chǎn)物的 SEM 與 FTIR 表征40-42
• 4.3 結(jié)果與分析42-47
• 4.3.1 吸附劑投加量的影響42
• 4.3.2 溶液初始 pH 值的影響42-43
• 4.3.3 吸附動(dòng)力學(xué)43-45
• 4.3.4 吸附等溫線45-46
• 4.3.5 熱力學(xué)參數(shù)46-47
• 4.3.6 吸附劑再生實(shí)驗(yàn)47
• 4.4 本章小結(jié)47-49
• 第五章 乙醇-NaOH 改性小麥秸稈吸附鎘離子的研究49-58
• 5.1 引言49
• 5.2 乙醇-NaOH 改性小麥秸稈49-51
• 5.2.1 改性原理49
• 5.2.2 產(chǎn)物的 SEM 與 FTIR 表征49-51
• 5.3 結(jié)果與分析51-57
• 5.3.1 吸附劑投加量的影響51-52
• 5.3.2 溶液初始 pH 值的影響52
• 5.3.3 吸附動(dòng)力學(xué)52-54
• 5.3.4 吸附等溫線54-56
• 5.3.5 熱力學(xué)參數(shù)56-57
• 5.3.6 吸附劑再生實(shí)驗(yàn)57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 第六章 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 致謝66-67
• 作者簡介67

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