利用农业秸秆制备阳离子吸附剂及其性能研究

【摘要】：中国是农业生产大国,农作物秸秆产量位居世界前茅,但是对秸秆的综合利用还较为落后且使用效率不高。辽宁省为玉米生产大省,玉米秸秆产量每年可超过500万t,除去用作造纸、牲畜饲料、燃料和生物质能源外,仍有大量秸秆被闲置浪费或就地焚烧,这种情况不但浪费了可再生资源,还对环境造成了严重污染。近年来,国内外出现了利用各类农作物废弃物制备离子吸附剂,处理水体中的重金属元素或其他可吸附物质,这一领域的研究尚处于探索阶段。 玉米秸秆皮中纤维素的成分较其他部位更多,另有较多的半纤维素,木质素相对较少,其中,纤维素和半纤维素为合成改性产物的主要成分,纸浆造纸工艺可除去秸秆表面蜡质、木质素及其他杂质。经过研究分析,选用丁二酸酐、三乙胺在二甲苯环境下同秸秆浆接枝聚合即可得到改性产物。 吸附剂制备的最优条件为：8h,140℃,2.5g丁二酸酐/g秸秆,酸酐：三乙胺为1：1.5(摩尔比)。SEM、IR和EDS能谱分析表明秸秆改性成功且对镉离子吸附效果较好。吸附镉离子溶液的最佳pH=5；5min即可达到96%以上的吸附率,但60min为吸附平衡时间；吸附剂投加量对镉离子溶液吸附的最佳固液比为1g/L；最大吸附量为232.56mg/g(2.07mmol/g),高于文献报道其他农业废弃物改性产物对镉离子的最大吸附量；采用NaCl溶液研究发现吸附剂的可再生使用两次,吸附率仍高达97.76%；丁二酸酐循环实验表明酸酐累计利用率较单次利用率提高不明显,不适于实际操作。通过动力学和热力学的研究分析,秸秆表面引入的琥珀羧酸根离子与镉离子之间的吸附是在吸附剂表面进行的,主要为离子交换吸附,并伴随有颗粒扩散吸附过程。 【关键词】：玉米秸秆 阴离子化 静态吸附 重金属离子
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ424;X712
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 文献综述10-20
• 1.1 吸附概述11
• 1.2 低成本吸附剂的分类11-13
• 1.2.1 沸石类吸附剂11-12
• 1.2.2 粘土矿物类吸附剂12
• 1.2.3 生物类吸附剂12
• 1.2.4 甲壳素类吸附剂12
• 1.2.5 工业固体废弃物12-13
• 1.2.6 农业废弃物类吸附剂13
• 1.3 纤维吸附材料的制备13-15
• 1.3.1 物理改性方法13-14
• 1.3.2 化学改性方法14-15
• 1.3.3 生物改性方法15
• 1.4 离子交换吸附类型15-16
• 1.5 农业秸秆利用现状16-18
• 1.5.1 肥料16
• 1.5.2 饲料16
• 1.5.3 燃料16-17
• 1.5.4 原料17
• 1.5.5 食用菌基料17-18
• 1.5.6 纤维18
• 1.6 水体中镉的危害及相关处理技术18-19
• 1.7 本文所要解决的关键问题及主要研究内容19-20
• 第二章 实验20-28
• 2.1 实验材料20-22
• 2.1.1 秸秆预处理20
• 2.1.2 实验药品20-21
• 2.1.3 仪器和设备21-22
• 2.2 实验方法22-28
• 2.2.1 玉米秸秆阴离子化改性22-25
• 2.2.1.1 秸秆浆与丁二酸酐反应方法22
• 2.2.1.2 秸秆浆阳离子吸附剂的制备22-23
• 2.2.1.3 正交实验的设计23-25
• 2.2.2 产品表征实验方法25-26
• 2.2.2.1 产率分析25
• 2.2.2.2 产品羧基量的测定25
• 2.2.2.3 表征分析25-26
• 2.2.3 改性秸秆产物对水体中重金属离子吸附26-27
• 2.2.3.1 静态吸附法26
• 2.2.3.2 金属镉离子浓度的测定26-27
• 2.2.4 阳离子吸附剂的再生实验27
• 2.2.5 丁二酸酐的循环利用27-28
• 第三章 结果与讨论28-53
• 3.1 确定秸秆阴离子化改性最佳条件28-37
• 3.1.1 玉米秸秆阳离子吸附剂的合成28
• 3.1.2 正交实验28-33
• 3.1.3 平行实验33-34
• 3.1.4 表征与分析34-37
• 3.1.4.1 扫描电镜34-35
• 3.1.4.2 红外光谱35-36
• 3.1.4.3 EDS能谱36-37
• 3.2 对镉离子的吸附测试及分析37-49
• 3.2.1 Cd~(2+)吸附及分析37-49
• 3.2.1.1 吸附时间影响38-41
• 3.2.1.2 pH影响41-43
• 3.2.1.3 投加量影响43-44
• 3.2.1.4 吸附等温线44-47
• 3.2.1.5 吸附动力学研究47-49
• 3.3 再生实验研究49-50
• 3.4 丁二酸酐的循环利用50-53
• 第四章 结论53-55
• 参考文献55-60
• 致谢60-61
• 附录A 攻读硕士期间研究成果6

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