小麦秸秆、花生壳对溶液中Cd~(2+)吸附的研究

【摘要】：在国内外研究基础上,本课题以小麦秸秆和花生壳为原材料,通过物理炭化和化学改性制备炭化材料和改性材料吸附剂,并将原材料、炭化材料及改性材料用于对水溶液中Cd2+的吸附研究。在实验前期,通过单因子优化实验探讨了吸附时间、pH、投加量以及初始浓度对吸附效果的影响。在最优化条件下,完成吸附动力学实验和等温吸附实验,通过模型模拟参数描述吸附过程及吸附机理。 1、小麦秸秆在最优化条件下(吸附时间为12h,pH为7,投加量为0.8g)对浓度为100mg/L的Cd2+溶液的吸附率达到了90%；花生壳在最优化条件下(吸附时间为12h,pH为7,投加量为0.6g)对浓度为100mg/L的Cd2+溶液的吸附率达到了97%。根据Langmuir模型,在313K温度条件下,小麦秸秆对Cd2+的理论最大吸附量为35.971mg/g,花生壳为30.395mg/g。两种原材料吸附剂均符合Langmuir和Freundlich模型。将吸附动力学实验数据带入Lagergren准一级、准二级动力学方程,据拟合结果,二者均符合准一级动力学。根据Gibbs方程计算出吸附热力学参数,小麦秸秆和花生壳的ΔG均小于零,AH均大于零,表明二者对Cd2+的吸附是自发、吸热的过程。 2、通过控制炭化温度(150℃、300℃、450℃、600℃、750℃)的变化,根据吸附实验结果,寻求最佳炭化温度。实验表明,小麦秸秆和花生壳均在750℃条件下制备的炭黑具有最大吸附量。小麦秸秆炭黑的吸附最佳条件：吸附时间为10h,pH为7,投加量为0.2g；花生壳炭黑的吸附最佳条件：吸附时间为12h,pH为7,投加量为O.1g。根据Langmuir模型,小麦秸秆炭黑在303K温度下,对水溶液中Cd2+的理论最大吸附量为114.980mg/g;花生壳炭黑在313K温度下,对水溶液中Cd2+的理论最大吸附量为156.250mg/g。两种炭黑材料吸附剂均符合Langmuir和Freundlich模型,吸附动力学符合准一级动力学。根据Gibbs方程计算出吸附热力学参数,小麦秸秆和花生壳的ΔG均小于零,AH均大于零,表明二者对Cd2+的吸附是自发、吸热的过程。 3、将吸附原材料用50%的ZnCl2溶液,以1：1的比例浸泡进行改性,改性时间为24h,并将改性后的材料在640W的微波下照射4min。改性后的吸附剂对水溶液中的Cd2+具有很好的吸附能力。改性小麦秸秆和改性花生壳均在吸附时间为12h,pH为7,投加量为0.20g时达到最佳吸附效果,吸附率分别为95%和99%。根据Langmuir模型,在313K条件下,改性小麦秸秆和花生壳对Cd2+的理论最大吸附量分别为133.333mg/g.145.515mg/g。两种改性材料吸附剂均符合Langmuir和Freundlich模型,吸附动力学符合准二级动力学。根据Gibbs方程计算出吸附热力学参数,改性小麦秸秆和改性花生壳的△G均小于零,△H均大于零,表明二者对Cd2+的吸附是自发、吸热的过程。 【关键词】：吸附 小麦秸秆 花生壳 炭化 改性 镉离子
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-14
• 1.1 研究目的及意义12-13
• 1.2 研究内容和技术路线13-14
• 1.2.1 研究内容13
• 1.2.2 技术路线13-14
• 第2章 文献综述14-21
• 2.1 概述14
• 2.2 重金属处理技术研究进展14-18
• 2.2.1 化学法14-16
• 2.2.2 物理化学法16-17
• 2.2.3 生物法17-18
• 2.3 农作物废弃物吸附处理废水中污染物的研究进展18-21
• 2.3.1 农作物废弃物对有机物吸附的研究进展18
• 2.3.2 国内对重金属吸附的研究进展18-19
• 2.3.3 国外对重金属吸附的研究进展19-21
• 第3章 实验材料与方法21-26
• 3.1 化学试剂和实验仪器21
• 3.1.1 化学试剂21
• 3.1.2 实验仪器21
• 3.1.3 实验材料21
• 3.2 实验方法21-22
• 3.2.1 背景值的测定方法21
• 3.2.2 吸附实验方法21-22
• 3.2.3 吸附材料的制备22
• 3.3 理论基础22-25
• 3.3.1 吸附动力学模型22-23
• 3.3.2 等温吸附模型23-24
• 3.3.3 吸附热力学模型24-25
• 3.4 分析方法25
• 3.5 数据处理方法25-26
• 第4章 小麦秸秆、花生壳对Cd~(2+)吸附的研究26-38
• 4.1 引言26
• 4.2 背景值的检测26
• 4.3 吸附条件优化26-30
• 4.3.1 时间对吸附效果的影响26-27
• 4.3.2 pH对吸附效果的影响27-28
• 4.3.3 投加量对吸附效果的影响28-29
• 4.3.4 初始浓度对吸附效果的影响29-30
• 4.4 吸附动力学模型30-32
• 4.4.1 小麦秸秆的吸附动力学模型30-31
• 4.4.2 花生壳的吸附动力学模型31-32
• 4.5 等温吸附线32-36
• 4.5.1 小麦秸秆的等温吸附线32-34
• 4.5.2 花生壳的等温吸附线34-36
• 4.6 吸附热力学模型36-38
• 第5章 炭化材料对Cd~(2+)吸附的研究38-50
• 5.1 引言38
• 5.2 吸附条件优化38-42
• 5.2.1 炭化温度对炭化材料吸附性能的影响38-39
• 5.2.2 时间对吸附效果的影响39
• 5.2.3 pH对吸附效果的影响39-40
• 5.2.4 投加量对吸附效果的影响40-41
• 5.2.5 初始浓度对吸附效果的影响41-42
• 5.3 吸附动力学模型42-44
• 5.3.1 小麦秸秆炭黑的吸附动力学模型42-43
• 5.3.2 花生壳炭黑的吸附动力学模型43-44
• 5.4 等温吸附线44-48
• 5.4.1 小麦秸秆炭黑的等温吸附线44-46
• 5.4.2 花生壳炭黑的等温吸附线46-48
• 5.5 吸附热力学模型48-50
• 第6章 改性材料对镉离子吸附的研究50-61
• 6.1 引言50
• 6.2 吸附条件的优化50-53
• 6.2.1 时间对吸附效果的影响50-51
• 6.2.2 pH对吸附效果的影响51
• 6.2.3 投加量对吸附效果的影响51-52
• 6.2.4 初始浓度的影响52-53
• 6.3 吸附动力学模型53-55
• 6.3.1 改性小麦秸秆的吸附动力学模型53-54
• 6.3.2 改性花生壳的吸附动力学模型54-55
• 6.4 等温吸附线55-59
• 6.4.1 改性小麦秸秆的等温吸附线55-57
• 6.4.2 改性花生壳的等温吸附线57-59
• 6.5 吸附热力学模型59-61
• 第7章 结果与分析61-65
• 7.1 炭化前后的吸附剂对Cd~(2+)的吸附能力比较61-62
• 7.2 改性前后的吸附剂对Cd~(2+)的吸附能力比较62-64
• 7.3 吸附热力学模型分析64-65
• 结论及展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间已发表和接收的论文71

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