核桃殼基吸附材料的制備及應用研究.pdf

1、現(xiàn)代工農業(yè)發(fā)展使得各類污染物大量產生，越來越多的重金屬（鉻、鉛、汞、鎳等）和有機毒性污染物（酚類物質等）進入水體，對水環(huán)境形成嚴重危害。各種污水處理方法中吸附法因工藝簡單、易操作、環(huán)境友好，是目前污水處理最實用的方法，其核心技術是吸附劑材料。最常用的吸附材料是活性炭，但其制備存在原料成本高、能耗高等問題，因此尋找低成本吸附材料制備工藝的有效途徑成為近年水處理材料領域研究熱點。農林廢棄生物質如木材廢屑、果殼皮、農作物秸稈等，主要成分為木質

2、纖維素，含有-OH、-COOH、-NH2等活性基團，具有一定孔隙結構，對重金屬離子和有機物等能產生吸附作用，被認為是一類極具利用潛力的低成本吸附材料制備原料。實際污水處理應用研究中發(fā)現(xiàn)，這類硬殼物中活性成分含量不足，孔隙結構不明顯，吸附能力較弱，直接使用吸附性能不佳，處理效果不理想，需要對這類生物質殼渣進行改性，改善其吸附性能，增強對污染物的去除處理能力。論文以貴州赫章核桃堅果廢棄物——核桃殼渣為原料，采用磷酸改性來制備改性核桃殼生物吸

3、附材料（簡稱MWS），為改善其對污染物吸附效果，提高水處理效率，進一步用高分子海藻酸鈉與其進行復合改性制備改性核桃殼/海藻酸鈉復合生物材料（簡稱 MWS/SA），將制備的系列吸附材料應用于模擬含Cr(VI)和含苯酚污水吸附處理試驗中。論文研究主要內容與結果如下：
　　1．磷酸活化改性核桃殼（MWS）的制備試驗。先預處理核桃殼得一定目數(shù)的儲備試驗原料，再采用磷酸活化處理試驗原料制備改性核桃殼吸附材料，研究改性過程中浸漬比、活化溫度、

4、活化時間對改性產物吸附效果的影響，通過正交優(yōu)化試驗，確定最佳制備工藝：在試驗條件下，浸漬比1:3，活化溫度120℃，活化時間90min。
　　2．MWS表征分析。采用熱分析（TG/DSC）、掃描電鏡（SEM）、Boehm滴定以及紅外光譜（IR）分析技術，表征 MWS的結構與理化性質。試驗結果表明：磷酸浸漬改變了殼原料的熱解歷程，使炭化加速；同時核桃殼改性前后的表面形貌發(fā)生變化，孔隙結構增多，表面積增大；Boehm滴定分析顯示MWS

5、表面含有羧基、酚羥基等活性基團； IR譜圖證實，相比殼原料，MWS含氧活性基團增多，即改性增強了殼原料的吸附能力。
　　3．MWS對含Cr(VI)和含苯酚污水處理應用試驗。通過靜態(tài)模擬污水處理過程，研究污水初始pH值、MWS投加量、處理時間等對污染物吸附去除的影響。在試驗條件下，吸附（去除）率均隨投加量和處理時間的增加而增大，Cr(VI)和苯酚分別適合在酸性和中性條件下去除，吸附率分別達99.65％和87.49%。通過對污水處理試

6、驗過程研究，建立了吸附動力學理論，發(fā)現(xiàn)準二級動力學方程能較好描述MWS對兩種污染物的吸附過程。MWS對Cr(VI)的等溫吸附適合Langmuir吸附方程，參數(shù)Qm和b均隨溫度升高而增大，表明該處理過程吸熱，升溫有利于MWS對Cr(VI)的吸附去除；而苯酚等溫吸附適合Freundich吸附方程，參數(shù)K隨著溫度的增大而減小，說明在試驗條件下，低溫度有利于苯酚的吸附。
　　4．改性核桃殼/海藻酸鈉復合材料（MWS/SA）的制備試驗。為改

7、善MWS吸附材料的使用效果，解決細顆粒改性產物處理回收問題，通過高分子材料海藻酸鈉（SA）包埋MWS制備復合吸附材料MWS/SA，確定復合過程中海藻酸鈉濃度、固化劑（氯化鈣）濃度、MWS投加量、致孔劑NaCl投加量、固化溫度、固化時間，并利用正交試驗優(yōu)化改性條件，確定了最佳制備工藝：海藻酸鈉溶液適宜濃度為2%（m/v），添加 MWS濃度為22g/L，NaCl濃度為30g/L，室溫25℃下滴入1%（m/v）CaCl2溶液，固化時間3h。<

8、br>　　5．MWS/SA表征分析。采用掃描電鏡（SEM）和紅外光譜（IR）分析技術表征分析MWS/SA表面化學結構變化對吸附性能的影響，分析結果證實：MWS/SA的表面結構比SA的更加粗糙，其內部依然可以看到褶皺的網格片層，說明海藻酸鈉復合改性在一定程度上增大了吸附表面積；對比分析MWS/SA和MWS的紅外光譜（IR）發(fā)現(xiàn)，復合改性使MWS結構發(fā)生了改變，引入了含羧基、羥基等含氧活性基團，增強了材料的吸附作用能力，可促進對Cr(VI)

9、、苯酚等物質的吸附脫除。
　　6．MWS/SA對含Cr(VI)和含苯酚污水處理應用試驗研究。與前MWS對含Cr(VI)和含苯酚污水處理應用試驗設計相似，研究MWS/SA投加量、污水pH值、處理時間等對污染物質吸附去除效果。在試驗條件下，隨 MWS/SA投加量和處理時間的增加，吸附率均會增大， Cr(VI)在酸性條件下吸附效果較好，苯酚適宜在酸性和中性條件下進行吸附處理，吸附率分別可達95.37%和80.27%。MWS/SA對兩種污