改性炭基吸附剂去除水中重金属和染料的研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论又万方数据改性炭基吸附剂去除水中重金属和染料的研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：马缨应用化学盛国平教授二。一四年五月万方数据万方数据UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster'SdegreeModifiedCarbonaceousAdsorbentforHeavyMetalsandDyeRemovalfromtheAqueousSolutionAuthor’SName：Speciality：Supervisor：1⋯'1-orinlslaedtlme：Yi

2、ngMaAppliedChemistryProf．Guo—PingShengMay，2014万方数据III万方数据中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：曼熊签字日期：蒸!望：墨!!中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文

3、的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。Ⅵ睑开口保密(年)作者签名：堡盟导师签名：IV签字日期：≥十』氅万方数据V万方数据摘要有毒物质(如重金属和染料)的大量排放导致环境污染问题日趋严重。本文选用炭基吸附剂对水中的重金属和染料污染物进行吸附去除，针对其表面官能团有限、对重金属等污染物吸附容量较低等缺陷，对生物炭和炭纤维进行表面化学修饰，以改善其对重金属污染物的去除性能。

4、同时制备了光催化剂改性的活性碳纤维，以期通过吸附一光催化降解方式提高炭纤维对有机染料罗丹明的去除效果。修饰前后的材料通过傅里叶转换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和x射线光电子能谱CAPS)等方法进行表征。主要研究内容和结果如下：一、使用聚乙烯亚胺(PE0对生物炭进行表面化学修饰，使其表面接枝大量氨基，进而提高该吸附剂对重金属Cr(VI)的吸附去除。实验考察了pH值、接触时问、初始Cr(VI)浓度等对其吸附性能的影响，并探究了Cr(V0与PEI修饰的生物炭相互作用机理。结果表明，Cr(VI)吸附过程符合拟二级动力学模型和Langmuir吸附模型。改性后吸附剂对C

5、r(VI)的吸附能力显著提高，在pH值为6．8时，PEI-alkali-biochars对Cr(VI)的最大吸附容量为435．7mg／g，远高于初始生物炭的23．09mg／g。同时，PEI修饰后的生物炭对Cr(VI)的吸附能力受溶液pH的影响，较低的pH更有利于Cr(VI)的吸附。该吸附剂用1M盐酸再生时，在吸附解吸实验6个周期内性能无明显降低，体现了很好的稳定性。因此，改性后的生物炭对重金属Cr(VI)具有良好的吸附性能，同时表现出较好的稳定性。二、采用PEI修饰聚乙烯醇(PVA)基活性碳纤维，并对水中Cr(VI)进行吸附去除。实验结果表明，该吸附符合Langmuir

6、模型，PEI．ACF对Cr(VI)的最大吸附容量为85．05mg／g。同时，利用此吸附剂，对含有Cu2+、zn2十、Cd2+、Pb2+的复合重金属污染物进行吸附动力学实验、吸附．解吸附连续周期实验。实验结果表明，虽然重金属吸附总量和Cr(VI)相比没有明显变化，但其总的吸附平衡时间却从1．5小时增加至约6个小时。并且，PEI．ACF对这几种重金属的吸附优先级为Pb(II)>Cu(II)>Zn(II)>Cd(II)，对Pb(II)、Cu(II)、Zn(II)的吸附过程符合拟二级(pseudo—second．order)动力学模型。在三个连续周期的吸附解吸附试万方数据摘要验

7、中，第二个周期时，整个混合金属的去除率已经达不到20％，第三个周期时，吸附率继续下降至15％。究其原因，可能是因为这四种金属和Cr(VI)吸附在PEI．ACF表面的主要作用机理不同。HCl对于这四种带有正电荷的金属离子来讲不是理想的解吸剂，反而会使吸附剂表面带有过多的正电荷，使得减少PEI．ACF上官能团对金属离子的电荷吸引，从而减少了吸附活性位点。三、分别用光催化剂Ti02和Ga203修饰自制的PVA基活性碳纤维，制备了Ti02／ACF和Ga203／ACF，用来吸附一光降解染料污染物罗丹明。实验结果表明，Ti02和Ga203都不同程度地