水稻秸稈陰離子吸附劑的制備及其性能研究

【摘要】：我國水稻秸稈資源豐富，但是大部分卻沒有得到合理的利用，而是被直接丟棄或焚燒，導(dǎo)致大量環(huán)境污染及安全事故的問題。富營養(yǎng)化問題是當(dāng)今世界面臨的嚴(yán)峻的水污染問題之一.其主要是因為水體中含有的氮、磷等可供藻類利用的營養(yǎng)物質(zhì)過多,其中磷是藻類增殖的限制因子,是引起水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)。本文在原有方法基礎(chǔ)上合成得到一種水稻秸稈陰離子吸附劑，并運用于水中磷酸根的吸附研究。 本次研究以環(huán)氧氯丙烷作為醚化劑，以交聯(lián)劑乙二胺代替催化劑吡啶，與三乙胺發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，通過接入季胺基團，改變水稻秸稈的表面電性和對磷酸根的去除性能。在不同物料投加量、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度下，對水稻秸稈進(jìn)行修飾，通過單因素實驗，以修飾后水稻秸稈對磷酸根的去除率及修飾水稻秸稈表面電性作為指標(biāo)，確定了最佳合成條件并到了最佳產(chǎn)物；并且利用現(xiàn)代分析技術(shù)，如掃描電鏡技術(shù)、元素分析技術(shù)、紅外光譜技術(shù)和多種化學(xué)方法等，對得修飾后水稻秸稈的結(jié)構(gòu)形貌、組成元素、比表面積和表面電荷進(jìn)行了表征，并與原水稻秸稈進(jìn)行了對比。 結(jié)果表明，在水稻秸稈修飾過程中，各物料配比和各階段的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等都是影響合成效果較為關(guān)鍵的因素，因此在修飾過程中應(yīng)該嚴(yán)格控制各條件。修飾后水稻秸稈對磷酸根的最佳吸附條件是：pH4～10；吸附劑的投加量5g/L；溫度對吸附效果沒有太大的影響，因此實際的應(yīng)用不受季節(jié)氣溫的限制。修飾后的水稻秸稈除磷的效果很好，去除率達(dá)90%以上。 水稻秸稈修飾后，部分物化性質(zhì)發(fā)生了變化。在結(jié)構(gòu)形貌上，修飾后水稻秸稈表面更光滑，并且沿縱向出現(xiàn)很多空腔；在元素含量上，修飾后水稻秸稈的含氮量大大增加；在表面電性上，修飾前水稻秸稈表面帶負(fù)電荷，修飾后水稻秸稈表面帶正電荷。 本研究還在實驗室中通過靜態(tài)吸附法對修飾水稻秸稈對模擬水中磷酸根的吸附效果進(jìn)行了詳盡的研究；同時根據(jù)各種吸附動力學(xué)模式，計算出相應(yīng)的動力學(xué)速率常數(shù)及反應(yīng)級數(shù)。結(jié)果表明，Langmuir模型適用于其對磷酸根的吸附,最大的吸附量達(dá)1.96mmol/g。修飾后水稻秸稈對陰離子的去除速度很快，在15min內(nèi)即可完成整個吸附過程，達(dá)到吸附平衡。顆粒內(nèi)擴散方程和偽二級動力學(xué)方程可較好的描述吸附過程，該吸附過程受顆粒內(nèi)擴散的控制，但顆粒內(nèi)擴散控制不是唯一的速率控制步驟。 吸附劑再生時，使用20ml，0.1mol/L NaOH溶液對0.2g飽和吸附陰離子的修飾后水稻秸稈的解吸率即可達(dá)到90%以上。通過吸附—解吸循環(huán)10次的試驗表明，水稻秸稈的吸附容量沒有發(fā)生明顯的變化，表明修飾水稻秸稈在富營養(yǎng)化水體處理方面，具有較高的實用價值。 【關(guān)鍵詞】：水稻秸稈 乙二胺 吸附 磷酸根
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X712;X52
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 插圖索引12-13
• 附表索引13-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 研究背景與意義14-15
• 1.2 吸附概述15-19
• 1.2.1 吸附理論發(fā)展15
• 1.2.2 吸附劑的分類15-18
• 1.2.3 離子吸附劑制備18
• 1.2.4 離子吸附劑應(yīng)用18-19
• 1.3 國內(nèi)外農(nóng)作物秸桿的綜合利用現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 秸稈主要用途19-20
• 1.3.2 農(nóng)作物秸稈纖維，改性的研究20-21
• 1.4 水體中硝酸根、磷酸根危害及處理技術(shù)21-22
• 1.4.1 水體中硝酸根、磷酸根的危害21-22
• 1.4.2 相關(guān)處理技術(shù)22
• 1.5 小結(jié)22-24
• 第2章 實驗材料與方法24-27
• 2.1 實驗材料24
• 2.1.1 水稻秸稈材料24
• 2.1.2 實驗藥品24
• 2.1.3 儀器和設(shè)備24
• 2.2 實驗方法24-27
• 2.2.1 水稻秸稈陰離子吸附劑的準(zhǔn)備24
• 2.2.2 產(chǎn)物表征實驗方法24-25
• 2.2.3 吸附方法（靜態(tài)吸附法）25-26
• 2.2.4 磷酸根濃度的測定26-27
• 第3章 修飾水稻秸稈陰離子吸附劑的合成機理研究27-33
• 3.1 水稻秸稈的主要組成及結(jié)構(gòu)分析27-29
• 3.1.1 水稻秸稈的化學(xué)組成27
• 3.1.2 水稻秸稈結(jié)構(gòu)分析27-29
• 3.2 合成機理研究29-32
• 3.2.1 反應(yīng)介質(zhì)的選擇29
• 3.2.2 胺類的選擇29-30
• 3.2.3 催化劑的探討及選擇30-32
• 3.3 修飾水稻秸稈陰離子吸附劑合成方法32-33
• 第4章 實驗最佳反應(yīng)條件的選擇33-40
• 4.1 原水稻秸稈的投加量對反應(yīng)效果的影響33
• 4.2 DMF 投加量對反應(yīng)的影響33-34
• 4.3 催化劑的投加量對反應(yīng)效果的影響34
• 4.4 三乙胺的投加量對反應(yīng)效果的影響34-35
• 4.5 醚化時間對反應(yīng)效果的影響35-36
• 4.6 催化時間對反應(yīng)效果的影響36
• 4.7 接枝反應(yīng)時間對反應(yīng)效果的影響36-37
• 4.8 反應(yīng)溫度對反應(yīng)效果的影響37-40
• 第5章 水稻秸稈修飾前后物化性質(zhì)的變化40-43
• 5.1 秸稈修飾前后色澤的變化40
• 5.2 秸稈修飾前后 SEM 圖片的變化40-41
• 5.3 修飾前后比表面積的變化41
• 5.4 修飾前后 Zeta 電位的變化41
• 5.5 修飾前后氮含量的變化41
• 5.6 秸稈修飾前后紅外圖譜的變化41-42
• 5.7 小結(jié)42-43
• 第6章 乙二胺制備的水稻秸稈對磷酸根的吸附性能研究43-53
• 6.1 吸附熱力學(xué)及動力學(xué)的主要研究模式43-45
• 6.1.1 吸附熱力學(xué)的研究模式43-44
• 6.1.2 吸附動力學(xué)研究的主要模式44-45
• 6.2 吸附劑投加量對磷酸根吸附效果的影響45
• 6.3 溶液 pH 值對吸附效果的影響45-46
• 6.4 溫度對磷酸根吸附效果的影響46-47
• 6.5 初始濃度對吸附速率的影響47-48
• 6.6 不同初始濃度的吸附動力學(xué)方程研究48-51
• 6.6.1 偽一級動力學(xué)方程的擬合48
• 6.6.2 偽二級動力學(xué)方程的擬合48-49
• 6.6.3 顆粒內(nèi)擴散方程的擬合49-51
• 6.7 吸附劑再生技術(shù)研究51-53
• 6.7.1 再生原理51
• 6.7.2 再生實驗51-52
• 6.7.3 小結(jié)52-53
• 結(jié)論53-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 附錄 A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文61
• 稿件退修通知單61-62
• 發(fā)表論文62-67
• 致謝67

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