新型白果壳生物质吸附剂的制备及Cu2+吸附性能研究

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随着工业化和城市化的快速发展,环境污染问题已危害到人类的健康与生存,特别是水体污染问题。水体污染中,重金属污染问题尤为严重,这类污染物一般具有毒性大、难降解、易富集等特性使各类水体中重金属污染日趋严重。与大多数有机污染物不同的是,重金属离子不能被降解成无害的产品,危害了生物体的生命安全。面临这样的问题,我们急需寻找重金属离子处理的方法。因此,解决重金属废水污染问题己经成为当前世界普遍关注的问题。在重金属离子中,铜离子由于低成本,应用广泛,其污染较为常见。在众多的污水处理方法中,吸附法由于其操作简单、成本低、材料广泛、不产生二次污染等优点,被广泛应用到重金属离子废水处理中。而生物质材料作为一种新兴的吸附材料,成本低,来源广泛,备受广泛研究者的关注,替代传统的吸附剂用于废水中有毒重金属离子的处理潜力巨大。本论文主要通过炭化、氧化以及胺化/氧化双功能化改性的方法制备三种不同的白果壳生物质改性吸附剂,并且首次通过胺化/氧化双功能改性制备了新型高性能生物吸附剂用于废水中重金属离子的去除。论文对白果壳改性前后的物理化学性质及结构形态进行表征分析,通过静态吸附实验对白果壳及其改性生物吸附剂去除水体中重金属铜离子的实验进行了系统的研究分析,考察了不同条件:如溶液pH、污染物初始浓度、反应温度、吸附时间等因素对吸附效果的影响,并通过因素影响分析及表征手段探究了改性生物吸附剂对重金属离子的吸附作用机制。本论文的主要研究结果如下:(1)以白果壳为基本材料,三种方法改性,结合不同的表征手段,炭化得到的材料表面的大孔结构及表面含氧基团增多;氧化作用使白果壳表面被破坏、塌陷,增大了氧化白果壳(GK)表面粗糙度,且功能基数量明显增多;而双功能化的白果壳(GN)具有优异的表面结构、大的比表面积、丰富的功能基团和稳定性,从而大大增加了对废水中Cu2+的吸附性能;(2)相比于原材料白果壳(GR)(8.62 mg/g),炭化白果壳(GC)(15.5 mg/g)和高锰酸钾-硫酸氧化白果壳(GK)(31.8 mg/g)对Cu2+的饱和吸附容量,双功能化白果壳(GN)(41.6 mg/g)吸附能力明显增大,分别是他们的4.83、2.68和1.31倍;(3)通过计算发现,整个吸附过程符合伪二级动力学模型,表明官能团的化学吸附为限速步骤。Langmuir吸附等温模型得出GN的最大吸附容量为47.6mg/g。热力学研究进一步表明,本实验制备的生物吸附剂对Cu2+吸附过程是吸热过程。所制备的双功能改性生物吸附剂具有优异的化学稳定性和可重复使用性,是一种有效地处理重金属离子废水的高性能生物吸附剂,同时所开辟双重改性新方法,能够更广泛地应用于自然界的不同生物材料,为处理废弃生物材料提供了绿色有效的途径,进一步推动了生物质吸附剂在废水处理中的工业化应用。
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