改性生物炭材料处理有机染料废水的研究

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在针对染料废水处理的各种方法中,吸附法因吸附效果优良、操作简单、吸附剂可重复利用等特点,得到了较多的研究。本文以葵花籽壳为原料,通过磁改性方法,制备了磁性生物炭材料。以榴莲壳为原料,制备了活性剂改性的榴莲壳生物炭材料。分析了两种改性材料的特性,研究了对刚果红染料的吸附性能。具体研究内容如下。(1)通过水热法制备磁性改性的葵花籽壳生物炭材料,通过SEM、XRD、XPS、FTIR和BET等表征测试手段分析所制备的生物炭材料的形貌、微观结构。以刚果红溶液作为模拟有机染料废水,对其进行吸附性能的测试。首先,设计单因素实验确定整体实验中各因素的具体作用及影响,单因素包括接触反应时间、刚果红溶液初始浓度、吸附剂投加量、反应温度以及刚果红溶液初始p H值等。结果表明,时间为240 min,达到吸附平衡,当刚果红染料浓度为70 mg/L,p H为6,且吸附剂的投加量为0.6 g/L,反应体系温度在45°C时,吸附剂上的吸附位点能够充分利用,改性材料的饱和吸附量最高达到259.54 mg/g,远远高于纯葵花籽壳生物炭在此条件下的吸附容量。这是由于改性材料中Fe3O4粒子的存在,使得材料的比表面积增加了1.68倍,同时利用外加磁场的作用,较容易实现磁性生物炭复合材料从刚果红溶液中的分离。其次,吸附动力学拟合符合拟二级动力学模型,说明染料分子在吸附剂表面主要发生物理吸附。吸附等温线拟合符合Langmuir等温吸附模型,说明发生单分子层吸附。解吸实验结果表明解吸效果良好,且5次循环吸附实验后其吸附效率依旧很高,表明其性能较稳定,具有可重复利用性。(2)通过水热法制备表面活性剂改性的榴莲壳生物炭,通过SEM、XRD、FTIR和BET等表征测试手段分析所制备的改性生物炭材料的形貌、微观结构。同样,以刚果红溶液作为模拟有机染料废水,首先进行单因素实验,包括接触反应时间、刚果红溶液初始浓度、吸附剂投加量、反应温度以及刚果红溶液初始p H值等。结果表明,时间为240 min,达到吸附平衡,当刚果红染料浓度为150 mg/L,p H为6,且吸附剂的投加量为0.8 g/L,反应体系温度在45°C时,改性材料的饱和吸附容量最高达到641.5 mg/g,远远高于纯榴莲壳生物炭材料在此条件下的吸附容量。这是因为在改性过程中活性剂的存在能够扩充孔道,使得改性材料的比表面积比纯生物炭材料增加了2.12倍,提供了更多的吸附位点。其次,吸附动力学模型符合拟二级动力学模型,主要发生化学吸附。吸附等温模型符合Freundlich等温吸附模型,遵循表面覆盖原理。解吸实验表明解吸效果良好,且5次循环吸附实验后其吸附效率依旧很高。本研究表明,用果壳生物质制备生物炭吸附剂能够有效去除污水中的有机染料分子,同时实现了生物质的资源循环利用。
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