改性秸稈炭黑和膨化秸稈吸附去除廢水中氨氮的研究

【摘要】： 農(nóng)業(yè)秸稈通常指玉米、小麥、水稻和其他農(nóng)作物在收獲籽實(shí)后剩余的部分。秸稈是農(nóng)作物的重要副產(chǎn)品,同時(shí),也是工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要生產(chǎn)資源。但是大量秸稈被閑置浪費(fèi)或就地焚燒。特別是秸稈焚燒,不僅帶來(lái)了環(huán)境污染,也造成了許多事故,對(duì)交通和運(yùn)輸安全等構(gòu)成極大威脅。 氨氮排入湖泊、海灣等水體,容易引起水中藻類及其他微生物大量繁殖,形成富營(yíng)養(yǎng)化污染。目前，國(guó)內(nèi)外處理氨氮廢水的技術(shù)主要有物理化學(xué)處理法,化學(xué)處理法,生物處理法。吸附法作為處理氨氮廢水的重要手段,在實(shí)際生活中得以廣泛應(yīng)用。目前已有開(kāi)發(fā)新型吸附材料用于吸附處理氨氮廢水的報(bào)道,而有關(guān)改性秸稈吸附處理氨氮廢水的研究鮮有報(bào)道。 因此,利用農(nóng)作物秸稈所制成的氨氮吸附劑,由于其成本低,可以大量應(yīng)用于含氮廢水的處理,同時(shí),吸附了大量氨氮的改性秸稈又可作為含氮的肥料,使其還田,不產(chǎn)生固體廢棄物。 本文以玉米秸稈為原料,經(jīng)過(guò)化學(xué)改性,制備成兩種改性玉米秸稈吸附劑；然后選取氨氮為目的污染物,分別進(jìn)行吸附去除試驗(yàn),探討改性秸稈吸附劑對(duì)水體中氨氮的去除效果及影響因素,為去除水體中氨氮提供一種新的方法。 在改性方法的研究中,確定了最佳炭黑化方法為在馬弗爐中300℃下,密閉炭化30min。并且篩選出硝酸作為改性劑,然后通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)影響改性效果的投料比、改性劑濃度、活化時(shí)間三個(gè)影響因素進(jìn)行了研究,依據(jù)對(duì)氨氮的去除效果確定了硝酸改性的最佳條件為：取2g秸稈炭黑或者膨化秸稈加入到100mL濃度為6mol／L的硝酸溶液中活化3h。 不同影響因素(投加量、吸附時(shí)間、溫度、pH、初始濃度)對(duì)改性秸稈炭黑吸附氨氮效果的研究表明,隨著投加量的提高,改性秸稈炭黑對(duì)氨氮的去除率也隨之提高,當(dāng)投加量為10g／L時(shí),改性秸稈炭黑對(duì)氨氮有較好的吸附效果。pH值的提高有利于改性秸稈炭黑對(duì)氨氮的吸附,pH值為7時(shí),其對(duì)氨氮的去除率可達(dá)80%以上。改性秸稈炭黑在5min內(nèi)即可對(duì)氨氮進(jìn)行有效吸附,吸附平衡時(shí)間由未改性時(shí)的6h縮短至3h。二級(jí)動(dòng)力學(xué)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能較好的擬合其吸附動(dòng)力學(xué)特征。Langmui、Freundlich、Linear方程能夠很好地?cái)M合其等溫吸附特征。25℃下,由Langmuir方程所得的最大吸附量為9.08mg／g。Freundlich方程的吸附系數(shù)K隨溫度的升高而增大,說(shuō)明該吸附是吸熱反應(yīng),升高溫度有利于吸附。 不同影響因素(投加量、吸附時(shí)間、溫度、pH、初始濃度)對(duì)改性膨化秸稈吸附氨氮效果的研究表明,隨著投加量的提高,改性膨化秸稈對(duì)氨氮的去除率也隨之提高,當(dāng)投加量為12g/L時(shí),改性膨化秸稈對(duì)氨氮有較好的吸附效果。pH值的提高有利于改性膨化秸稈對(duì)氨氮的吸附,pH值為7時(shí),其對(duì)氨氮的去除率可達(dá)75%以上。改性膨化秸稈在5min內(nèi)可對(duì)氨氮進(jìn)行有效吸附,吸附平衡時(shí)間由未改性時(shí)的7h縮短至5h。二級(jí)動(dòng)力學(xué)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能較好的擬合其吸附動(dòng)力學(xué)特征。Langmuir、Freundlich、Linear方程能夠很好地?cái)M合其等溫吸附特征。25℃下,由Langmuir方程所得的最大吸附量為7.53mg／g。Freundlich方程的吸附系數(shù)K隨溫度的升高而增大,說(shuō)明該吸附是吸熱反應(yīng),升高溫度有利于吸附。 改性秸稈炭黑和膨化秸稈對(duì)實(shí)際生活廢水中的氨氮均有較好的去除效果。試驗(yàn)表明,升高pH有利于改性秸稈炭黑和膨化秸稈對(duì)氨氮的去除,從處理實(shí)際生活廢水的角度,將水樣初始pH調(diào)到7-8進(jìn)行處理,能取得較好的去除效果。提高投加量同樣可以提高氨氮的去除率。對(duì)于改性秸稈炭黑,投加量為10g／L時(shí),對(duì)氨氮去除率達(dá)到80%以上。對(duì)于改性膨化秸稈,投加量為12g/L時(shí),對(duì)氨氮去除率接近80%。 論文最后指出，在后續(xù)研究中需進(jìn)一步考察改性玉米秸稈吸附劑對(duì)其他陽(yáng)離子,比如重金屬等的吸附去除效果。考察在吸附柱的中試條件下吸附工藝、運(yùn)行參數(shù)的修正等。加大對(duì)改性秸稈還田技術(shù)的研究,可以使改性秸稈成為真正的環(huán)境友好材料,做到使用后的改性秸稈還田,不會(huì)帶來(lái)新的污染問(wèn)題。 【關(guān)鍵詞】：氨氮 秸稈 吸附 解吸
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-12
• 第1章 文獻(xiàn)綜述12-17
• 1.1 纖維吸附材料及其制備方法12-13
• 1.1.1 纖維吸附材料12
• 1.1.2 制備方法12-13
• 1.2 農(nóng)業(yè)秸稈的利用及研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 農(nóng)業(yè)秸稈的產(chǎn)生量13
• 1.2.2 農(nóng)業(yè)秸稈利用的方式及特點(diǎn)13-14
• 1.2.3 農(nóng)業(yè)秸稈改性的研究進(jìn)展14-15
• 1.3 水體中氨氮的危害及相關(guān)處理技術(shù)15-16
• 1.3.1 水體中氨氮的危害15-16
• 1.32 相關(guān)處理技術(shù)16
• 1.4 小結(jié)16-17
• 第2章 引言17-19
• 2.1 研究目的和意義17
• 2.2 研究目標(biāo)17
• 2.3 研究?jī)?nèi)容17-18
• 2.4 技術(shù)路線18-19
• 第3章 材料與方法19-23
• 3.1 材料與設(shè)備19
• 3.1.1 主要材料與試劑19
• 3.1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備19
• 3.2 試驗(yàn)方法19-21
• 3.2.1 秸稈炭化條件的優(yōu)選19
• 3.2.2 改性劑的優(yōu)選19-20
• 3.2.3 吸附劑表面改性條件的優(yōu)選20
• 3.2.4 吸附劑對(duì)模擬氨氮水樣的吸附試驗(yàn)20-21
• 3.2.5 吸附劑對(duì)模擬氨氮水樣的解吸試驗(yàn)21
• 3.3 氨氮指標(biāo)的測(cè)定方法21-23
• 3.3.1 納氏試劑比色法21-22
• 3.3.2 水樣中氨氮的測(cè)定22-23
• 第4章 結(jié)果與分析23-38
• 4.1 最佳炭化條件、改性劑和改性條件的選擇23-25
• 4.1.1 最佳炭化條件的選擇23
• 4.1.2 最佳改性劑的選擇23
• 4.1.3 最佳改性條件的選擇23-25
• 4.1.4 改性秸稈炭黑和膨化秸稈的清洗制粒25
• 4.2 改性秸稈炭黑對(duì)氨氮的吸附解吸試驗(yàn)25-29
• 4.2.1 投加量對(duì)吸附效果的影響25
• 4.2.2 改性秸稈炭黑吸附氨氮的動(dòng)力學(xué)特征25-26
• 4.2.3 pH值對(duì)吸附效果的影響26-27
• 4.2.4 溫度對(duì)吸附效果的影響27-28
• 4.2.5 氨氮初始濃度對(duì)吸附效果的影響28
• 4.2.6 改性秸稈炭黑對(duì)氨氮的等溫吸附研究28-29
• 4.2.7 改性秸稈炭黑對(duì)氨氮的等溫解吸研究29
• 4.3 改性膨化秸稈對(duì)氨氮的吸附解吸試驗(yàn)29-34
• 4.3.1 投加量對(duì)吸附效果的影響29-30
• 4.3.2 改性膨化秸稈吸附氨氮的動(dòng)力學(xué)特征30-31
• 4.3.3 pH值對(duì)吸附效果的影響31
• 4.3.4 溫度對(duì)吸附效果的影響31-32
• 4.3.5 氨氮初始濃度對(duì)吸附效果的影響32-33
• 4.3.6 改性膨化秸稈對(duì)氨氮的等溫吸附研究33
• 4.3.7 改性膨化秸稈對(duì)氨氮的等溫解吸研究33-34
• 4.4 改性秸稈炭黑和膨化秸稈對(duì)實(shí)際廢水的處理效果34-38
• 4.4.1 改性秸稈炭黑的處理效果34-36
• 4.4.2 改性膨化秸稈的處理效果36-38
• 第5章 結(jié)論與展望38-40
• 5.1 結(jié)論38
• 5.2 展望38-40
• 參考文獻(xiàn)40-44
• 致謝44-45
• 發(fā)表的論文45

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