木薯秸稈陰離子吸附劑的制備及對硝酸根吸附性能的研究

【摘要】：在我國,由于城市化進程的迅速發(fā)展和城市人口的快速增長,大量含氮、磷的污水的排放使水體中氮、磷元素的含量急劇積累,從而導致的水體富營養(yǎng)化問題已日益嚴重。富營養(yǎng)化惡化了水環(huán)境的質量,影響水產養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,嚴重威脅著社會經濟的發(fā)展和人民的健康。目前發(fā)展應用的多種脫氮除磷技術,都存在著一些不足之處,如成本過高及不宜用于處理大規(guī)模的廢水等。廣西是全國最大的木薯生產基地,木薯在收獲后產生了大量的廢棄物一秸稈亟待處理,其中大部分的秸稈被丟棄或焚燒,沒有得到充分的利用,既造成了資源浪費,又形成了嚴重的環(huán)境污染。因此,本文因地取材,以廣西本地大量種植生產的木薯所產生的秸稈為原料,通過對其進行化學改性,制備成弱堿性陰離子交換劑,用于去除水體中硝酸氮的研究。 本實驗通過大量有關農業(yè)廢棄物改性的文獻,確定制備改性吸附劑的最佳合成條件。在改性合成的過程中,研究制備過程中各反應物的用量、反應溫度及時間等因素的影響,通過單因素和正交試驗,以改性后的木薯秸稈對N03的去除率為指標,得到了最佳的改性條件：1000ml的三口燒瓶中,加入2g經過4mol/L的NaOH預處理4h的木薯秸稈粉末、100ml的環(huán)氧氯丙烷、100ml的N,N-二甲基甲酰胺,反應時間為90min；再加入30ml吡啶,反應時間為60min;最后加入35ml的二甲胺溶液,反應時間為240min；整個改性過程中,反應溫度始終保持為100℃。 利用多種現(xiàn)代材料分析技術對制得的改性木薯秸稈進行表征,并與天然木薯秸稈進行對比。表征結果顯示,經過改性的木薯秸稈,其表面更加光滑,纖維內部呈空心狀。比表面積結果則顯示,改性前后的木薯秸稈比表面積變化不明顯。Zeta電位測試結果表明,改性前木薯秸稈表面帶負電,經過改性的木薯秸稈表面則帶正電。元素分析測試結果表明,與改性前相比,在改性過程中由于引入了叔胺基團,使改性木薯秸稈中的氮含量顯著增加。XRD衍射圖譜則表明經過改性的木薯秸稈的結晶程度變大,纖維結構的有序度得到了提高。IR圖譜顯示,經過改性的木薯秸稈確實引入了C-N叔胺基團 在吸附試驗中,本文以KN03溶液為模擬含氮廢水,對改性木薯秸稈對溶液中N03-的靜態(tài)吸附和動態(tài)吸附、脫附進行了研究。結果表明：在靜態(tài)吸附中,當吸附劑的投加量為0.2g是適宜的用量,吸附可達到理想的效果；溶液pH在4-10之間時,改性木薯秸稈對水中N03-的去除效果都很好,當溶液偏中性時,吸附效果達到最佳；溫度的變化對吸附過程的影響較大,隨著溫度的升高,改性木薯秸稈對N03-的最大吸附量減少；改性木薯秸稈對N03-的吸附在30min內達到平衡,吸附過程可以用偽二級動力學方程描述,顆粒內擴散也控制吸附過程,但并不是唯一的速率控制步驟；吸附過程中△H0、△G0,表明改性木薯秸稈對N03-的吸附是一個自發(fā)進行的放熱過程,△S0,說明整個吸附體系中的有序性得到了增強。動態(tài)吸附和脫附的結果顯示,KN03溶液的pH在中性附近,流速控制在5mL/min時,動態(tài)吸附可取得較好的效果；脫附劑可以選擇0.05mol/L的HCl、NaOH和NaCl,使達到吸附飽和的吸附劑得到再生,三種脫附劑對吸附劑的再生效果較好,而且也使得對脫附劑種類的選擇余地較大。 【關鍵詞】：木薯秸稈 改性 吸附 硝酸根
【學位授予單位】：廣西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-11
• 1.1 本文研究的目的和意義9-10
• 1.2 本文的研究內容10-11
• 第二章 文獻綜述11-18
• 2.1 概述11-12
• 2.2 離子吸附劑的制備12
• 2.3 離子吸附劑的應用12
• 2.4 水體富營養(yǎng)化的危害及相關處理技術12-14
• 2.4.1 水體富營養(yǎng)化的危害12-14
• 2.4.2 相關處理技術14
• 2.5 木薯秸稈的利用現(xiàn)狀14-15
• 2.6 農業(yè)秸稈纖維改性的研究發(fā)展15-16
• 2.7 小結16-18
• 第三章 實驗材料及分析測試方法18-24
• 3.1 實驗材料18-19
• 3.1.1 木薯秸稈18
• 3.1.2 實驗藥品18
• 3.1.3 儀器和設備18-19
• 3.2 實驗方法19-24
• 3.2.1 木薯秸稈纖維素、半纖維素和木質素含量的測定19-20
• 3.2.2 木薯秸稈的預處理20
• 3.2.3 木薯秸稈陰離子吸附劑的制備方法20
• 3.2.4 產物的表征方法20-21
• 3.2.5 吸附實驗方法21-24
• 第四章 木薯秸稈的改性研究24-40
• 4.1 木薯秸稈的基本特征24-26
• 4.1.1 木薯秸稈的組成和結構24
• 4.1.1.1 木薯秸稈的組成分析24
• 4.1.1.2 木薯秸稈的結構24
• 4.1.2 纖維素分析24-25
• 4.1.3 半纖維素分析25
• 4.1.4 木質素分析25-26
• 4.2 改性試劑的選擇26-27
• 4.2.1 反應介質的選擇26-27
• 4.2.2 催化劑的選擇27
• 4.2.3 胺類的選擇27
• 4.3 改性木薯秸稈的合成方法27-31
• 4.3.1 木薯秸稈的預處理27-28
• 4.3.2 改性方法28-31
• 4.3.3 實驗裝置31
• 4.4 最佳合成方案的選擇31-38
• 4.4.1 秸稈用量的影響32
• 4.4.2 吡啶用量的影響32-33
• 4.4.3 二甲胺用量的影響33-34
• 4.4.4 第一步反應溫度的影響34
• 4.4.5 第一步反應時間的影響34-35
• 4.4.6 第二步反應溫度的影響35
• 4.4.7 第二步反應時間的影響35-36
• 4.4.8 第三步反應溫度的影響36
• 4.4.9 第三步反應時間的影響36-37
• 4.4.10 正交實驗確定的合成條件37-38
• 4.5 小結38-40
• 第五章 木薯秸稈改性前后的表征分析40-44
• 5.1 顏色的變化40
• 5.2 SEM圖片分析40-41
• 5.3 比表面積測試41
• 5.4 Zeta電位變化41-42
• 5.5 元素含量變化42
• 5.6 X射線衍射圖譜分析42-43
• 5.7 IR圖譜分析43
• 5.8 小結43-44
• 第六章 改性木薯秸稈對NO_3~-吸附性能的研究44-58
• 6.1 改性木薯秸稈對NO_3~-的靜態(tài)吸附研究44-51
• 6.1.1 吸附劑投加量對吸附效果的影響44-45
• 6.1.2 pH值對吸附效果的影響45
• 6.1.3 吸附動力學研究45-49
• 6.1.4 溫度對吸附效果的影響49-51
• 6.2 吸附熱力學51-54
• 6.2.1 吸附焓△H51-52
• 6.2.2 吸附吉布斯自由能△G和吸附熵△S52-54
• 6.3 改性木薯秸稈對NO_3~-的動態(tài)吸附研究54-57
• 6.3.1 天然木薯秸稈與改性木薯秸稈吸附性能的對比54
• 6.3.2 初始濃度對動態(tài)吸附的影響54-55
• 6.3.3 流速對動態(tài)吸附的影響55
• 6.3.4 初始pH對動態(tài)吸附的影響55-56
• 6.3.5 不同脫附劑濃度的脫附性能56-57
• 6.4 小結57-58
• 第七章 結論58-60
• 參考文獻60-66
• 碩士期間發(fā)表的論文66
• 碩士期間已受理的專利66-67
• 致謝67-68

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