麦草对水中苯胺的吸附性能研究

论文摘要

为了实现农作物秸秆资源化,同时解决废水中苯胺等有毒有机污染物的问题,本论文采用麦草作为吸附剂对去除水中苯胺的性能进行了研究。首先,通过静态吸附法考察了苯胺初始浓度、初始pH值、固液比以及温度等各种单一因素的变化对麦草吸附水中苯胺的影响。并研究了麦草吸附苯胺的吸附平衡、热力学以及动力学特征。采用Langmuir和Freundlich等温线对平衡数据进行了非线性拟合,并计算了吸附过程的自由能变（ΔG）、等量吸附焓变（ΔH）和熵变（ΔS）等热力学参数,同时采用拟一级动力学和拟二级动力学模型对动力学数据进行分析,并采用内扩散方程探讨了吸附机制。其次,通过动态吸附法对苯胺初始浓度、流速、初始pH值和吸附床高度对穿透曲线的影响进行了探讨,采用BDST模型和Thomas模型对动态实验数据进行了线性拟合分析,研究了麦草对水中苯胺的动态吸附性能。最后,对原状麦草进行了炭化处理,考察了不同炭化温度下的麦草吸附苯胺的表观动力学、苯胺初始pH值、初始浓度以及不同炭化温度对炭化麦草吸附苯胺的影响,并采用Langmuir和Freundlich等温线对平衡数据进行了线性拟合。单因素吸附试验结果表明:吸附时间为15min时,麦草对苯胺的吸附量可达0.4mg?g-1;初始pH值为4时,麦草对苯胺的吸附量最大为0.66mg?g-1;固液比为8～80g?L-1时,麦草对苯胺的去除率从23%急剧增加到69.57%。吸附量随着苯胺初始浓度和温度升高而增大,但温度的影响不显著。吸附苯胺饱和的麦草,经0.9M盐酸在60℃时洗脱,解析率>90%,且麦草对苯胺的二次吸附量明显增加。静态吸附试验平衡数据更符合Freundlich模型,其极限吸附容量（323℃）为6.0mg?g-1。等量（0.2～2.5mg?g-1）吸附焓变△H为13.58～22.34KJ?mol-1,ΔG<0,ΔS>0。拟二级动力学模型对动力学数据拟合最好,平衡吸附量qe和初始吸附速率h0,2随苯胺初始浓度的增大而增大。麦草吸附苯胺经历了快速表面富集、微孔内扩散和吸附平衡三个阶段,麦草吸附苯胺初期,吸附速率由边界层扩散控制,吸附后期则由微孔内扩散控制。动态实验结果表明:麦草能够有效地去除水中的苯胺,随着吸附床高度增加,穿透时间延长;而随着苯胺初始浓度、流速和pH值的增大,穿透时间急剧缩短。BDST模型能够准确地预测新的操作条件下的穿透时间,误差均<5%;Thomas模型能够很好地描述麦草对苯胺的动态吸附动力学,由Thomas模型获得的麦草吸附柱对苯胺的动态吸附量与试验值相符。对吸附饱和后的麦草可用0.6M盐酸进行解吸。经500℃以上高温炭化后的麦草对苯胺的吸附可在100min之内迅速达到平衡,且对苯胺的去除率随着炭化温度的升高快速增加;pH在46的区间内,炭化麦草对苯胺的去除率均在90%以上;不同炭化温度下的等温吸附曲线均符合Freundlich等温吸附方程式,并随着炭化温度的升高,等温吸附性曲线的非线性逐渐增加,从“软碳”逐渐过渡为“硬碳”。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 苯胺的基本性质
• 1.2 苯胺的危害性
• 1.3 苯胺废水的处理方法
• 1.3.1 国外吸附法处理废水中苯胺等有机物的研究现状
• 1.3.2 国内吸附法处理苯胺废水的研究现状
• 1.4 农作物秸秆概述
• 1.4.1 农作物秸秆的主要成分
• 1.4.2 麦草的SEM 结构图和红外图
• 1.4.3 农作物秸秆的利用现状
• 1.5 课题的研究意义与内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 主要实验仪器
• 2.2 试验试剂
• 2.3 实验材料
• 2.3.1 吸附剂的制备
• 2.3.1.1 原状麦草吸附剂的制备
• 2.3.1.2 炭化麦草吸附剂的制备
• 2.3.2 动态吸附装置的制作
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 麦草对水中苯胺的静态吸附试验
• 2.4.1.1 麦草吸附苯胺表观吸附动力学试验
• 2.4.1.2 麦草吸附苯胺的单因素试验
• 2.4.1.3 麦草吸附苯胺的解吸试验
• 2.4.2 麦草对水中苯胺吸附平衡、热力学和动力学试验
• 2.4.2.1 吸附平衡试验
• 2.4.2.2 吸附热力学试验
• 2.4.2.3 吸附动力学试验
• 2.4.3 麦草对水中苯胺的动态吸附试验
• 2.4.3.1 动态吸附试验
• 2.4.3.2 动态解吸试验
• 2.5 苯胺测定方法
• 2.6 数据分析
• 2.6.1 静态吸附时的数据分析
• 2.6.1.1 静态吸附时吸附量的计算
• 2.6.1.2 静态吸附时吸附平衡分析
• 2.6.1.3 静态吸附时吸附热力学分析
• 2.6.1.4 静态吸附时吸附动力学分析
• 2.6.1.5 静态吸附时的吸附机制分析
• 2.6.2 模型拟合效果的判断
• 2.6.3 动态吸附时的数据分析
• 2.6.3.1 动态吸附时吸附量的计算
• 2.6.3.2 动态吸附时的吸附模型
• 2.6.3.2.1 BDST 模型的模拟
• 2.6.3.2.2 Thomas 模型的模拟
• 第3章 麦草对水中苯胺的静态吸附性能研究
• 3.1 麦草对水中苯胺的静态吸附性能
• 3.1.1 麦草吸附苯胺的表观吸附动力学
• 3.1.2 温度对麦草吸附苯胺的影响
• 3.1.3 苯胺初始浓度对麦草吸附苯胺的影响
• 3.1.4 固液比对麦草吸附苯胺的影响
• 3.1.5 苯胺初始pH 值对麦草吸附苯胺的影响
• 3.1.6 麦草吸附苯胺的静态解吸试验
• 3.2 麦草对水中苯胺静态吸附机制
• 3.2.1 静态吸附时的吸附平衡
• 3.2.2 静态吸附时的吸附热力学
• 3.2.3 静态吸附时的吸附动力学
• 3.2.4 麦草静态吸附水中苯胺的吸附机制
• 3.2.5 基于吸附平衡数据的工艺设计
• 第4章 麦草对水中苯胺的动态吸附性能研究
• 4.1 苯胺初始浓度对穿透曲线的影响
• 4.2 吸附床高度对穿透曲线的影响
• 4.3 流速对穿透曲线的影响
• 4.4 苯胺初始pH 值对穿透曲线的影响
• 4.5 麦草吸附苯胺后的动态解吸
• 4.6 麦草对水中苯胺的动态吸附的模型模型
• 4.6.1 BDST 模型的模拟
• 4.6.2 BDST 模型的预测
• 4.6.3 Thomas 模型的模拟
• 第5章 炭化麦草对水中苯胺的吸附性能研究
• 5.1 炭化麦草对水中苯胺的表观吸附动力学
• 5.2 炭化麦草对水中苯胺的静态吸附试验
• 5.2.1 pH 对炭化麦草吸附水中苯胺的影响
• 5.2.2 苯胺初始浓度对炭化麦草吸附苯胺的影响
• 5.2.3 温度对炭化麦草吸附水中苯胺的影响
• 结论与展望
• 1 结论
• 1.1 麦草对水中苯胺静态吸附的结论
• 1.2 麦草静态吸附水中苯胺的吸附机制结论
• 1.3 麦草对水中苯胺动态吸附的结论
• 1.4 炭化麦草对水中苯胺静态吸附的结论
• 2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）