新型稻殼基復(fù)合材料的制備及其吸附、催化降解與吸波性能研究.pdf

1、稻殼是一種產(chǎn)量巨大的農(nóng)業(yè)廢棄物，常被直接丟棄或焚燒處理，不僅占用土地、污染環(huán)境，更造成資源浪費(fèi)。稻殼中含有豐富的二氧化硅、纖維素和木質(zhì)素成分，是廉價(jià)又來(lái)源穩(wěn)定的可再生生物資源。因此，對(duì)稻殼進(jìn)行資源化利用、提高其附加值以及提高其綜合利用率顯得尤為重要。本文以稻殼及稻殼灰為基礎(chǔ)，研究了其對(duì)染料廢水的吸附性能。通過(guò)鎂熱還原開(kāi)發(fā)制備了稻殼基吸波材料。利用原位復(fù)合技術(shù)，制備了稻殼鐵氧體納米復(fù)合材料，并協(xié)同微波誘導(dǎo)技術(shù)，研究了其對(duì)染料廢水的處理。此

2、外，考察了微波誘導(dǎo)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)芬頓體系處理染料廢水增強(qiáng)作用，拓寬了芬頓體系在廢水處理中的應(yīng)用。通過(guò)研究，得到了以下結(jié)論:
　　(1)制得的稻殼灰的主要成分為碳和二氧化硅，具有低密度(0.4g cm-3)、低成本和介電損耗高等優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)第二章）。其吸波機(jī)理主要是介電損耗，其中有效吸波成分為碳。煅燒溫度和氣氛均會(huì)對(duì)稻殼灰的吸波性能造成影響，700℃以上制備得到的稻殼灰吸波性能較好，原因是高溫下無(wú)定形碳的石墨化和K2O等雜質(zhì)引起的表面熔融，

3、從而增大其復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部。在2-18GHz測(cè)試頻段范圍內(nèi)，最大反射率最大可達(dá)-21dB，RL＜-10dB處的頻寬為5GHz。與傳統(tǒng)電損耗型吸波材料相比，具有相當(dāng)?shù)男詢r(jià)比優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力。
　　(2)通過(guò)鎂熱還原反應(yīng)從稻殼灰中制備了稻殼基吸波材料（見(jiàn)第三章），吸波成分主要為碳和碳化硅，其機(jī)理為電損耗。因此，氮?dú)鈿夥障蚂褵玫牡練せ医?jīng)鎂熱還原后制備的SiC/C復(fù)合物樣品吸波性能更好，表現(xiàn)出較高的介電損耗和較寬的帶寬。所得樣品在

4、RL＜-5dB和-10dB處的最大帶寬隨碳含量減少而減小，而最佳厚度隨碳化硅含量增加而減小。樣品的電磁波吸收最佳厚度為1.5-2.0mm，最大RL為-28.9-68.4dB，當(dāng)RL＜-5dB時(shí)帶寬范圍為6.7-13GHz，當(dāng)RL＜-10dB時(shí)帶寬為3.2-6.2GHz。
　　(3)稻殼灰可作為廉價(jià)吸附劑處理染料廢水（見(jiàn)第四章）。煅燒氣氛和溫度直接影響稻殼灰的成分形貌和孔隙結(jié)構(gòu)等物性特征。在氮?dú)庵徐褵玫降牡練ぃ˙RHA）具有更大的

5、比表面積、微孔體積以及碳含量。空氣中煅燒得到的稻殼(WRHA)則含有更高的中孔比例和二氧化硅含量。600℃下煅燒得到的BRHA比表面積最大，為347m2g-1。中孔是吸附亞甲基藍(lán)(MB)的有效結(jié)構(gòu)類型，因此稻殼灰的吸附性能與其中孔體積成線性相關(guān)。其最大亞甲基藍(lán)吸附量q0為50.51mg g-1。吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，吸附平衡符合langmuir等溫線模型。
　　(4)制備了具有高比表面積和孔體積的多孔稻殼鐵氧體納米復(fù)合材料

6、:RHA/MnFe2O4（RMN）和RHA/CoFe2O4(RCN)（見(jiàn)第五章）。在微波輔助作用下能快速高效處理MB。MB脫除過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力動(dòng)力學(xué)方程。其脫除效率與樣品用量、微波功率以及初始pH值呈正比。對(duì)比反應(yīng)前后pH值發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)后pH值趨于中性。MB的發(fā)色基團(tuán)最先被RMN和RCN脫除。根據(jù)反應(yīng)后MB溶液溶度、NO3-和SO42-離子濃度，可以計(jì)算出推算出反應(yīng)后MB分子的最低礦化度:在RMN和RCN分別達(dá)到的最大MB去除率55.0

7、％和99.7％的反應(yīng)中，分別有超過(guò)22.1％和46.8％的MB分子被完全降解。
　　(5)研究了將微波誘導(dǎo)技術(shù)與芬頓體系協(xié)同作用脫除MB（見(jiàn)第六章）。結(jié)果表明，微波的引入大大強(qiáng)化了芬頓體系的對(duì)MB的脫除效率。僅微波輻照1min，可達(dá)到93.0％的脫除率，高于傳統(tǒng)芬頓體系65min的脫除效果。羥基自由基的產(chǎn)生是脫除效率的關(guān)鍵，因此隨Fe2+和H2O2濃度的增加，則MB去除率也相應(yīng)增大。MB的脫除率在pH小于7時(shí)變化不大，當(dāng)pH達(dá)到8