蔗渣基生物质炭的制备及其对水中四环素的吸附研究

摘要
水环境中抗生素污染带来的潜在环境风险和对人体的健康隐患引起广泛关注。近年来利用农林废弃物为原料热解炭化制备的生物质炭(BC),因其芳香化程度高、比表面积大、孔隙结构发达等特点,作为廉价易得、环境友好的吸附材料用于环境中重金属和抗生素污染治理研究已成为环境领域的前沿课题。然而BC的原料和制备条件不同直接影响了BC的物理、化学性质,也决定了它对抗生素的吸附性能。本文旨在以广西主要农作物甘蔗制糖产生的废弃物—蔗渣为原料制备生物质炭,研究其制备工艺及其对水中抗生素的吸附性能。     本研究以蔗渣为原料,分别以ZnCl2和H3PO4为活化剂制备蔗渣基生物质炭(BBC),考察了活化剂浓度、炭化温度、炭化停留时间对BBC吸附性能的影响;针对目前使用量最大的抗生素—四环素,分别以醋酸和乙二胺为改性剂对BBC进行改性制备改性蔗渣基生物质炭(M-BBC),并用于对水中四环素的吸附机理研究。考察吸附时间、四环素初始浓度、吸附温度对M-BBC吸附四环素效果的影响,利用比表面积和孔隙分析仪、XRD、元素分析仪、激光拉曼光谱仪、FT-IR、SEM等手段对BBC样品进行表征分析;通过吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学研究BBC和M-BBC对四环素的吸附过程和机理。研究结果表明:     (1)以蔗渣为原料,分别以ZnCl2和H3PO4为活化剂制备得到ZnCl2活化制备的蔗渣基生物质炭(Z-BBC)和H3PO4活化制备的蔗渣基生物质炭(P-BBC),Z-BBC比P-BBC的吸附性能好。ZnCl2活化法制备BBC的工艺条件:ZnCl2浓度为15 wt%,炭化温度为350℃,炭化停留时间为60min,Z-BBC的碘吸附值为1083.622 mg/g,比表面积为1247.254 m2/g,孔体积为0.640 cm3/g,平均孔径为2.285 nm,具有发达的微孔结构,表面具有丰富的含氧官能团。     (2)利用15 vt%醋酸和5vt%乙二胺对Z-BBC进行改性,得到醋酸改性蔗渣基生物质炭(AM-BBC)和乙二胺改性蔗渣基生物质炭(EM-BBC)。AM-BBC和EM-BB℃的比表面积分别为1601.598、803.787 m2/g,孔体积为0.811、0.392 cm3/g,平均孔径为2.251、2.166nm。AM-BBC、EM-BBC和Z-BBC对四环素的吸附值分别为453.339、267.210和410.275mg/g。醋酸改性能够显著增强Z-BBC对四环素的吸附效果,乙二胺改性则会降低Z-BBC对四环素的吸附效果。     (3) Z-BBC和AM-BBC对水中四环素的最大吸附值分别为501.270、599.297mg/g。吸附动力学均符合准二级动力学模型描述,吸附等温线均符合Redlich-Peterson模型(R-P模型)和Tempkin模型描述。吸附热力学分析表明,Z-BBC和AM-BBC吸附四环素的过程为吸热过程,且AM-BBC对四环素具有更强的吸附能力。FT-IR图谱分析表明,四环素分子能与Z-BBC和AM-BBC表面官能团发生反应而被吸附。
页数
学位授予单位
广西大学
学位
硕士
院系
环境工程
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