收藏本站
《武汉科技大学》 2016年
加入收藏

生物质基炭膜的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附研究

刘沅  
【摘要】:随着我国工业的迅速发展,随之而来的环境污染问题日趋严重,特别是重金属废水污染问题已对生态环境造成极大威胁。针对重金属污染废水,采取有效的治理措施已迫在眉睫。生物质基炭膜结合炭膜与生物炭的概念,是生物质原膜在惰性气体或真空条件下高温热解炭化产生的一类稳定的富碳膜状材料,兼具炭膜与生物炭的一些特质,具有优良的化学特性、发达的孔隙结构和良好的导电性能,这将使其作为高性能电极材料在储能和电化学工程中倍受青睐、作为高性能吸附剂和过滤材料在去除重金属及其它污染物中大有可为。本研究首先以生物质二层牛皮为原料,设计了可防牛皮卷缩变形的炭化模具,在控制热分解条件下制备了生物质基炭膜。利用TG/DTG、XRD、FT-IR、SEM、TEM和低温N_2吸附-脱附等方法对在不同炭化温度下(550~950℃)制备的生物质基炭膜形貌特征、孔隙结构及其表面化学性质进行了表征。表征结果表明:随着炭化温度的升高,生物质基炭膜碳微晶趋于石墨化发展;孔容积持续增大,孔隙结构变得更加发达;含氧官能团总量趋向减少。为了研究所制备生物质基炭膜的吸附性能,对比了静态吸附与电化学增强吸附两种方法对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附特性。以生物质基炭膜为吸附剂,在静态吸附实验中,考察了炭化温度、反应时间、溶液pH、加入量等因素对炭膜吸附Pb(Ⅱ)的影响。实验表明:随炭化温度升高,生物质基炭膜对铅离子的吸附效果明显变好;在初始铅离子质量浓度为50 mg/L、溶液pH为5.5、炭膜加入量为1.5 g/L、吸附时间为6 h的条件下,950℃下所制炭膜对铅离子有较好去除效果,去除率可达99.9%,吸附容量为32.76 mg/g,说明是一种优良的吸附剂。以生物质炭膜为吸附电极,在电化学增强吸附实验中,考察了电极板间距、电极电压、反应时间等因素对电增强吸附Pb(Ⅱ)效果的影响。结果表明:在电极板间距为2.5 cm、施加电极电位为3V、溶液pH为5.5、生物质基炭膜电极以剂量表示为0.5 g/L,工作溶液体积为600m L,初始铅离子浓度为50 mg/L,3h后,对Pb(Ⅱ)的吸附量达54.42mg/g。所以,生物炭膜电化学增强吸附过程与静态吸附过程相比,虽然剂量仅为后者1/3,吸附时间为1/2,但吸附容量前者为后者1.66倍。生物炭膜对Pb(Ⅱ)的电化学增强吸附性能远优于静态吸附性能,可能归因于在电场作用下阳离子向阳极迁移速度的增大和阳离子水合结构发生形变而加速内扩散使动力学特性得到改善,同时因阳离子水合结构变形作用使部分原本不可入的微孔变得实际可入,使吸附剂表面有效吸附位点增多,明显增强了吸附能力。因此,生物炭膜将是一种非常具有潜力的吸附电极材料。
【关键词】:二层牛皮 生物质基炭膜 铅离子 吸附特性 电增强吸附
【学位授予单位】:武汉科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB383.2;O647.33
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-11
  • 前言11-13
  • 第1章 文献综述13-26
  • 1.1 生物质基炭膜的概述13-15
  • 1.1.1 生物质基炭膜的定义13
  • 1.1.2 炭膜的研究进展13-14
  • 1.1.3 炭膜制备的影响因素14
  • 1.1.4 炭膜的应用14-15
  • 1.2 含铅废水污染概述15-18
  • 1.2.1 含铅废水来源与危害15-16
  • 1.2.2 含铅废水的污染特性及处理原则16
  • 1.2.3 含铅废水的处理方法16-18
  • 1.2.4 重金属处理废水的发展趋势18
  • 1.3 吸附的基本理论18-23
  • 1.3.1 吸附类型18-20
  • 1.3.2 吸附动力学模型20-21
  • 1.3.3 吸附平衡理论21-23
  • 1.3.4 影响吸附性能的因素23
  • 1.4 本论文的研究背景、目标、内容和技术路线23-26
  • 1.4.1 研究背景和目标23-24
  • 1.4.2 研究内容24
  • 1.4.3 技术路线24-26
  • 第2章 生物质基炭膜的制备与性能表征26-43
  • 2.1 实验材料与仪器26-27
  • 2.1.1 实验原料26
  • 2.1.2 实验试剂26
  • 2.1.3 实验仪器26-27
  • 2.2 生物质基炭膜的制备27-29
  • 2.3 生物质基炭膜的表征分析方法29-32
  • 2.3.1 热重分析(TG/DTG)29-30
  • 2.3.2 比表面积和孔隙结构测定30
  • 2.3.3 X射线衍射分析(XRD)30
  • 2.3.4 扫描电镜分析(SEM)30
  • 2.3.5 透射电镜分析(TEM)30-31
  • 2.3.6 红外光谱分析(FT-IR)31
  • 2.3.7 表面含氧官能团含量的测定31-32
  • 2.4 实验结果与讨论32-41
  • 2.4.1 热重分析32-33
  • 2.4.2 生物质基炭膜碳质结构性能的表征33-39
  • 2.4.3 生物质基炭膜表面化学性能的表征39-41
  • 2.5 本章小结41-43
  • 第3章 生物质基炭膜对Pb(Ⅱ)的静态吸附性能研究43-57
  • 3.1 实验试剂与仪器43-44
  • 3.2 Pb(Ⅱ)溶液的配制与测定44-45
  • 3.2.1 Pb(Ⅱ)溶液的配制44
  • 3.2.2 Pb(Ⅱ)浓度的检测方法44-45
  • 3.3 静态吸附实验45-46
  • 3.4 实验结果与讨论46-53
  • 3.4.1 炭化温度对所制炭膜吸附Pb(Ⅱ)性能的影响46-47
  • 3.4.2 加入量对Pb(Ⅱ)吸附效果的影响47-48
  • 3.4.3 初始pH值对Pb(Ⅱ)吸附效果的影响48-49
  • 3.4.4 吸附时间对Pb(Ⅱ)吸附效果的影响49-50
  • 3.4.5 溶液初始浓度对Pb(Ⅱ)吸附效果的影响50-51
  • 3.4.6 吸附动力学51-52
  • 3.4.7 吸附等温线52-53
  • 3.5 吸附机理的初步探究53-55
  • 3.6 与其他吸附剂的比较55-56
  • 3.7 本章小结56-57
  • 第4章 生物质基炭膜对Pb(Ⅱ)的电化学增强吸附性能研究57-67
  • 4.1 实验试剂与仪器57
  • 4.2 电化学增强吸附实验57-60
  • 4.2.1 电化学增强吸附装置的设计57-59
  • 4.2.2 实验装置图59
  • 4.2.3 电化学增强吸附实验59
  • 4.2.4 铅浓度测试分析方法59-60
  • 4.3 实验结果与讨论60-65
  • 4.3.1 电极片间距对电化学增强吸附效果的影响60
  • 4.3.2 电极电压对电化学增强吸附效果的影响60-62
  • 4.3.3 反应时间时间对电化学增强吸附效果的影响62-63
  • 4.3.4 循环电化学增强吸附/电脱附63-64
  • 4.3.5 电化学增强吸附Pb(Ⅱ)效果与静态吸附特性的比较64-65
  • 4.4 本章小结65-67
  • 第5章 结论与展望67-70
  • 5.1 全文总结67-68
  • 5.2 论文创新点68
  • 5.3 建议与展望68-70
  • 参考文献70-76
  • 致谢76-77
  • 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文77-78
  • 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目78

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王喜全,樊晖;高效富集—火焰原子吸收分光光度法测定饮用水中的Pb[J];贵州环保科技;2000年02期
2 李洪旭,唐汉祥,邓剑如,周明川;PB类助剂对硝酸酯增塑聚醚推进剂性能的影响[J];推进技术;2001年05期
3 赵干卿;陆晓菁;宋远志;;方波阳极溶出伏安法测定饮料中Pb[J];平顶山学院学报;2006年02期
4 徐礼生;高贵珍;曹稳根;陈志兵;王磊;徐德聪;丁胡送;;原子吸收光谱法测定改性梨渣吸附Pb(Ⅱ)的研究[J];分析试验室;2012年03期
5 单云,段翠红,贺与平;氢化物发生-原子荧光光谱法测定食盐中Pb[J];光谱实验室;2004年05期
6 李洪旭,唐汉祥,邓剑如,周明川;硝酸酯增塑聚醚推进剂中PB类助剂的作用机理[J];推进技术;2002年02期
7 卢 刚,马宏伟,张连社,曾保森,李林苍;S_(PB)型射流泵投捞装置的研制与应用[J];油气田地面工程;2002年03期
8 赵双菁;李艳秋;柳郁滨;范学铭;;Pb~(2+)对水丝蚓的急性毒性及超氧化物歧化酶活性的影响[J];中国农学通报;2012年08期
9 郭文杰,王勇,卢建春,主中廷,左继光;测定白酒中的Pb~(2+)的废液处理[J];酿酒科技;1996年01期
10 胡圣虹,杨薇,帅琴,刘勇胜,林守麟,高山;电感耦合等离子体质谱测定地质样品中Pb同位素比值[J];高等学校化学学报;2003年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宋海青;李灵娟;李巧勤;莫光华;黄乃明;;广东大亚湾地区气溶胶的~(210)Pb水平[A];全国放射性流出物和环境监测与评价研讨会论文汇编[C];2003年
2 黄桃;陈声培;李永军;孙世刚;;玻碳载Pb电催化剂的制备及其对草酸电催化还原的性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年
3 赵凌曦;侯万国;;Pb(Ⅱ)在EDTA插层层状双金属氢氧化物上的吸附-解吸研究[A];中国化学会第28届学术年会第2分会场摘要集[C];2012年
4 常印忠;王世联;樊元庆;陈占营;刘蜀疆;李奇;王军;;气溶胶样品中~7Be和~(210)Pb的提取技术研究[A];第十届全国气溶胶会议暨第六届海峡两岸气溶胶技术研讨会摘要集[C];2009年
5 万国江;万恩源;王仕禄;杨伟;王长生;;冰雪凝冻天气对气溶胶的传输影响——基于贵阳观风山大气~(210)Pb和~7Be观测[A];中国矿物岩石地球化学学会第12届学术年会论文集[C];2009年
6 童英;王涛;洪大卫;韩宝福;;中国阿尔泰造山带花岗岩年轻幔源组分的Pb同位素证据及其地壳生长意义[A];2004年全国岩石学与地球动力学研讨会论文摘要集[C];2004年
7 王成;季峻峰;李天元;袁旭音;;利用同位素方法研究Pb在土壤不同深度不同物种之间迁移的地球化学活性[A];农业环境与生态安全——第五届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2013年
8 贾堤;雅菁;刘云兆;;Pb~(2+)掺杂对TiO_2薄膜光催化活性的影响[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
9 刘延盛;周晓阳;;Pb胁迫下豌豆幼苗超微结构损伤与耐性研究[A];中国细胞生物学学会2005年学术大会、青年学术研讨会论文摘要集[C];2005年
10 李斌;张素英;谢平;张凤山;;利用Pb_(1-x)Ge_xTe材料的折射率异常性质改善红外光学薄膜的低温性能[A];2004年光学仪器研讨会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王蓁;怎样开发PB商品[N];中国商报;2002年
2 上证;煤炭行业:PB估值显示煤炭股吸引力提高[N];现代物流报;2008年
3 本报记者 龙跃;银行股 PB创1995年以来新低[N];中国证券报;2012年
4 王小明;目标PB大6倍? 小非溃退加剧银行股暴跌[N];21世纪经济报道;2008年
5 本报记者 赵子强 任小雨;银行PB低于998点 具基础配置价值[N];证券日报;2012年
6 通讯员 武宣;首辆PB型代用棚车通过部级生产质量认证[N];人民铁道;2006年
7 长城证券 张霖;寻找成本相对独立的低PB电力蓝筹[N];中国证券报;2008年
8 浙江 姜力;PB中图形化窗口的实现[N];电脑报;2002年
9 贵州 王启文;在PB中根据结构伸展文件创建数据表[N];电脑报;2004年
10 记者 孙永杰;并购PB:联想欧洲市场仍存变数[N];中国电子报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 刘伟;Pb~(2+)诱导G四联体的构象转变及催化氧化低价钌大环配合物的动力学机理[D];中国科学技术大学;2012年
2 赵巍;水钠锰矿吸附Pb~(2+)微观机理的研究[D];华中农业大学;2009年
3 宋玉收;与K~+介子相关的超核_Λ~(209)Pb的裂变研究[D];兰州大学;2007年
4 胡佶;水体中的As(Ⅴ)、Pb(Ⅱ)在纳米颗粒物存在下对网纹溞(Ceriodaphnia dubia)的毒性作用[D];中国海洋大学;2012年
5 张树芹;蒙脱土、高岭土和层状双金属氢氧化物对Pb~(2+)和对硝基苯酚的吸附研究[D];山东大学;2007年
6 王娟;水合Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)离子在高岭石(001)晶面的化学吸附[D];中国海洋大学;2014年
7 陈立勇;ATiO_3(A=Ba,Pb)基磁电复合薄膜电控磁性的第一性原理研究[D];西北工业大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 殷世强;改性伊利石的制备及其对Pb~(2+)的吸附特性研究[D];郑州大学;2015年
2 马书翠;硅藻土表面性质及对Pb(Ⅱ)吸附机理的研究[D];长春理工大学;2015年
3 柳中良;国泰君安PB系统风控模块的设计与实现[D];南京大学;2016年
4 豆青;外生菌根真菌对杨树Pb耐受性的影响及相关机制[D];西北农林科技大学;2016年
5 杨晓桐;沼肥对重金属Pb、Cu、Zn作用效应的研究[D];沈阳农业大学;2016年
6 黄明;磁性高岭土的制备及其对Cu~(2+)和Pb~(2+)的吸附性能[D];华东交通大学;2016年
7 徐义昆;香蒲对铅(Pb~(2+))胁迫的生理响应及差异性基因筛选研究[D];扬州大学;2016年
8 王坤;改性碳纳米管在食用油中Pb~(2+)、Cu~(2+)检测的应用研究[D];中南林业科技大学;2016年
9 刘慧敏;巯基乙酸对矿区污染土壤中Pb的洗脱研究[D];中南林业科技大学;2016年
10 杜波;络合剂强化金盏菊修复Pb、Cd复合污染土壤的研究[D];陕西科技大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026