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： 麻杆基改性生物炭制备及磷酸盐吸附性能研究
书目信息 机读格式(MARC)
| ISBN/价格： | CNY20.00 (估)学位论文 |
|---|---|
| 作品语种： | chi |
| 出版国别： | CN 530000 |
| 题名责任者项： | 麻杆基改性生物炭制备及磷酸盐吸附性能研究/.王娜娜著/.李靖指导 |
| 出版发行项： | 2021.05.26 |
| 载体形态项： | 58页:;+图表:;+30cm |
| 一般附注： | 建筑工程学院, 学号2018210390 |
| 提要文摘： | 水体富营养化以及磷污染废水已成为全世界亟待解决的环境问题之一，探寻降低水体磷酸盐的材料和方法成为众多科研人员的研究重点和热点。我国作为农业大国，目前农作物生产收割后大量生物废弃物以就地焚烧、填埋的方式处理，导致生物质废弃物成为大气和水环境的污染源。如何有效处置农业废弃生物质材料，实现生物质原料的资源化绿色利用，也是环境治理领域的现实问题之一。 前人研究成果表明，基于农业生物质材料制备的生物炭一般具备多孔结构材料，能够较好的实现多种污染物的吸附去除，通过将生物质材料的制备为生物炭用于水体中磷酸盐的去除，不仅能够解决废弃生物质材料废弃所带来的环境污染问题，更能够为解决水体富营养化的磷污染问题提供一条绿色、经济的方案。 云南工业大麻“云麻1-7号”品种的种植面积和生物产量居世界首位，工业大麻种植收割花叶后产生大量的麻杆、麻根生物废弃物亟待科学处理及绿色应用。对麻杆纤维形态、纤维形态的分布研究表明，麻杆的显微构造类似于阔叶材的散孔材，麻杆部的纤维平均长度为0.65 mm，平均壁腔比为0.32，平均长宽比为29.53，是一种长度中等，长宽比大，壁腔比小的优质多孔原料，能够为生物炭的改性剂分子进入提供有利通道，对改善与麻杆基生物炭的多孔、相容性十分有利，有可能大幅提升对污染物吸附效能，降低生产过程中的能耗同时提高吸附效率。因此，深入探索利用麻杆麻根作为木质纤维生物质原料，制备并改性麻杆基多孔生物炭，开展改性麻杆基生物炭应用于水体中磷酸盐吸附材料，具有重要的科学研究意义和现实生产价值。 本研究选用材料工业大麻种植后废弃的生物质麻杆、麻根作为生物炭原材料，通过热裂解和水热法制备多孔活性炭，探索利用不同改性剂FeCl3·6H2O、MgCl2、AlCl3·6H2O进行麻杆基生物材料的改性，增强生物炭的吸附性能，同时以商品化椰壳生物炭材料进行对比实验分析，应用吸附动力学模型和等温吸附模型初步分析对磷酸盐吸附机理，研究麻杆基改性生物炭对磷酸盐吸附性能。 本研究在对改性麻杆基生物炭材料理论分析的基础上，确定了生物炭吸附温度、投加量、初始磷浓度、吸附时间为改性材料吸附效果的主要影响因素。实验研究表明，麻杆基生物质材料同部位原材料水热制备的生物炭比热裂解效果好，分析主要影响因素是水热炭制备的过程中，稀硫酸对生物质材料催化作用有显著影响；不同改性剂改性实验表明铁改性的效果较好，分析主要影响因素是改性生物炭生成的铁的化合物、官能团等对磷酸盐的吸附能力较强。对比15℃和25℃温度下，25℃时，生物炭的吸附效果较好，吸附效果最好的生物炭可从20.02%提高至50.10%，表明一定温度范围内，升高温度有利于吸附反应的进行。检测30mL的40mg/L的含磷溶液，添加量由0.1g到0.2g时，最佳生物炭吸附效率可以提高25%，表明随着生物炭投加量的增加，吸附磷酸盐的活性位点随之增加，从而提高了对水中磷酸盐的吸附率。 不同溶度磷酸盐的吸附反应对比实验表明，改性麻杆基生物炭能够明显提升吸附磷酸盐效率，主要是改性材料内部多孔结构有效提升传质推动力，随着初始磷浓度的增加，传质推动力增加，从而单位吸附剂对磷酸盐的吸附量增加，浓度由20mg/L到40mg/L，其单位吸附量最高可达87.9%。改性材料吸附过程随着反应时间的变化，大致可以分为快速吸附，慢速吸附，吸附平衡三个阶段，磷酸盐初步接触改性生物炭材料时，磷酸盐在改性材料内部碰撞机率较高，故吸附过程较快，随着反应时间的延长，受到吸附剂内部孔洞碰撞能耗增加、正负电荷被中和等自身性质的影响，吸附效率减缓，一般在0-60min属于快速吸附阶段，120min左右可以达到吸附平衡阶段。 吸附动力学理论模型研究与实验验证分析表明，改性生物炭对磷酸盐吸附的准一级、二级动力学相关系数均拟合较好，表明改性麻杆基生物炭吸附除磷过程是由物理吸附、化学吸附共同控制；吸附等温实验结果进一步表明生物炭Langmuir和Freundlich吸附模型数据拟合差异小，说明材料的吸附为均相和非均相共同作用的结果；不同改性的生物炭SEM、FTIR、BET和XRD表征分析结果显示改性麻杆基生物炭有显著的不同的孔径分布，产生不同的晶体形态，不同的改性剂会显著影响材料官能的数量及种类，进而影响磷酸盐的吸附效果。 |
| 并列题名： | Preparation of hemp-based modified biochar and study on its phosphate adsorption performanc eng |
| 题名主题： | 麻杆基 生物炭 改性 吸附 磷酸盐 学位论文 |
| 中图分类： | X712-533 |
| 个人名称等同： | 王娜娜 著 |
| 个人名称次要： | 李靖 指导 |
| 团体名称等同： | 云南农业大学 授予 |
| 记录来源： | CN YNAUL 20220620 |