橘子皮生物炭对水体中铅的吸附特性研究开题报告
2020-04-20 12:04
1. 研究目的与意义（文献综述）
随着人们的生活水平的提高，使得对水质量的要求越来越高。但因水土流失、水源污污染等因素的影响，地表水成分逐渐趋于复杂，有机成分增多，饮用水处理难度增大。以混凝、沉淀、过滤、消毒等为主要步骤的常规饮用水处理工艺，以去除浊度和细菌为主要目的，对近年来水体中逐渐增加的一些微量有机污染物，如除草剂、杀虫剂、消毒副产物等，其去除作用极其有限。此外，由于水土流失严重，水中天然有机物浓度也很高，不但对胶体产生严重保护作用，导致混凝剂药耗增加、水中铝的剩余量增高，而且产生大量的氯化消毒副产物，其中大部分对人体健康有较大的危害。同时，由于水体受到污染，导致水体富营养化，藻类过量繁殖，产生难闻的嗅味和有害的藻毒素。对日常饮用水带来了极大的危害，严重影响着人群健康水平。铅(pb)是自然界中分布较为广泛的重金属之一,其主要来源于金属冶炼、电镀、蓄电池、染料、建筑材料、汽油等工业产品。铅为生物体非必需元素,不参与生物体的代谢活动,易在生物体中累积,是一种有害无益的重金属。作物的秸秆、果壳、种皮等生物质在缺氧和温度低于700℃的条件下进行热解, 不但可以生成co2气体、可燃性气体、挥发性油类和焦油类物质,而且还会产生含碳丰富、难溶、稳定、高度芳香化的固体物质，此类物质被称为生物质炭。生物炭含有60%以上的碳元素, 还包括氢、氧、氮、硫及少量的微量元素。生物炭具有高度芳香化的结构, 其表面含有羧基、酚羟基、羰基、酸酐等基团, 这些结构特性使生物炭具备了良好的吸附特性，具有成为良好吸附质的潜质。利用生物炭吸附重金属生产成本低、生态安全、无污染,可大范围推广,是一种新兴的、具有发展前景的技术。
周旋研究小组[1]以黄姜皂素废渣为原料,制备成了生物炭,以硝酸铅水溶液作为模拟废水,采用降流式固定吸附床,模拟工业填充柱,分别考察了重金属铅离子溶液的吸附剂投加量、初始浓度、流速及初始ph值对生物炭动态吸附过程的影响.实验结果表明:生物炭能有效去除水中的重金属离子,随着重金属溶液初始浓度及流速的增大,穿透时间提前;增加生物炭的投加量,穿透时间延长;生物炭对水中铅离子动态吸附的穿透时间随ph值增大而延长.
朱宝华、周宇照研究小组[2]研究了芦苇秸秆生物炭对水体中pb（ii）的吸附特性,通过单因素条件试验考察了吸附动力学及吸附等温方程。结果表明:用芦苇秸秆生物炭吸附处理含pb（ii）污水,水体中的pb（ii）去除率随溶液ph升高而提高;随生物炭投加量加大,pb（ii）吸附量下降,而去除率升高。
2. 研究的基本内容与方案
吸附法是利用多孔性的固体吸附剂将水样中的一种或数种组分吸附于表面，再用适宜溶剂、加热或吹气等方法将预测组分解吸，达到分离和富集的目的，以回收或去除这些污染物，从而使污水得到净化的方法。在污水处理领域，吸附法主要用于脱除水中的微量污染物，应用范围包括脱色，除臭味，脱除重金属、各种溶解性有机物、放射性元素等。在处理流程中，吸附法可作为离子交换、膜分离等方法的预处理手段，可去除有机物、肢体物及余氯等，也可作为二级处理后的深度处理手段，以保证回用水的质量。吸附过程根据吸附作用力的性质分为物理吸附和化学吸附两类。引起物理吸附的作用力是吸附剂和吸附质之间的分子引力，分子引力又称为范德华力，因此物理吸附亦称为范德华吸附。这一类吸附的特征是吸附质与吸附剂不发生化学反应，无选择性，吸附剂本身性质在吸附过程中不变化，吸附过程是可逆的。物理吸附可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附。化学吸附又称为活性吸附，这类吸附是由于吸附剂表面与吸附质分子问的化学健力引起的，吸附的结果是吸附剂表面生成一种结合物。因此，化学吸附具有较强的选择性，只能吸附参与化学反应的气体组分。化学吸附是不可逆的，而且总是单分子层吸附。
生物炭具有高度芳香化的结构, 其表面含有羧基、酚羟基、羰基、酸酐等基团,这些结构特性使生物炭具备了良好的吸附特性，具有成为良好吸附质的潜质。利用生物炭吸附重金属生产成本低、生态安全、无污染,可大范围推广,是一种新兴的、具有发展前景的技术。
我们将以橘子皮为原料，使用真空管式炉制备生物炭，研究生物炭对铅的吸附性能，探索利用生物炭对水体铅污染的应急处置。通过配置不同剂量、粒度的生物炭以及含有不同溶质的溶液，并设置多个对照组进行实验。分别考察生物炭粒度对铅吸附性能的影响、生物炭剂量对铅吸附性能的影响、不同溶液铅浓度对吸附容量的影响、不同溶液对铅吸附容量的影响、共存离子对铅吸附容量的影响以及生物炭的再生能力。
3. 研究计划与安排
1.文献阅读。2018.01-02
2.生物炭制备。2018.03
3.铅吸附实验。2018.03-05
4.结果分析及撰写论文初稿。2018.05
5.完成毕业论文。2018.06
4. 参考文献（12篇以上）
| [1] 周旋，邓光天，郑琳, 生物炭对铅离子的动态吸附, 武汉工程大学学报, 2013,10. [2] 朱宝华，周宇照，王维大，芦苇秸秆生物炭吸附铅的动力学与等温线，湿法冶金， 2016，35（4）. [3] 许端平，张春雨，宋昕铭, 玉米秸秆生物炭对铅离子的等温吸附特征研究, 应用化工, 2017, 46(6). [4] Zhu Q, Wu J, Wang L, Yang G, Zhang X. Adsorption Characteristics of Pb(2 ) onto Wine Lees-Derived Biochar. Bulletin of environmental contamination and toxicology. 2016;97(2):294. [5] 陈再明，徐义亮，陈宝梁等，水稻秸秆生物炭对重金属Pb2 的吸附作用及影响因素，环境科学学报，2012, 32 (4): 769-776. [6] 孙红文主编，生物炭与环境，化学工业出版社，2013. [7] 戴树桂，环境化学，第2版，北京：高等教育出版社，2006. [8] 张越，林珈羽，刘沅，夏靖靖，童仕唐，生物炭对铅离子的吸附性能，化工环保, 2015, 2. [9] 朱俊民，王兆炜，高俊红，谢超然，张涵瑜，谢晓芸，金诚, 蔬菜废弃物基生物炭对铅的吸附特性, 安全与环境学报 2017, 17(1). [10]李瑞月,陈德,李恋卿,潘根兴,陈建清,郭虎.不同作物秸秆生物炭对溶液中Pb~(2 )、Cd~(2 )的吸附[J].农业环境科学学报,2015,34(05):1001-1008. [11]孔德花,魏育东.生物炭对重金属离子Pb~(2 )和Cd~(2 )的吸附作用研究[J].内蒙古石油化工,2015,41(01):11-13. [12]王晓佩,薛英文,程晓如,刘芸.生物炭吸附去除重金属研究综述[J].中国农村水利水电,2013(12):51-56. [13] Ediors: Balwant Singh, Marta Camps-Arbestain, Johannes Lehmann, Biochar: a guide to analytical methods, CRC Press/Taylor and Francis Group, 2017. [14] Komnitsas K, Zaharaki D, Bartzas G, Kaliakatsou G, Kritikaki A. Efficiency of pecan shells and sawdust biochar on Pb and Cu adsorption. DESALINATION AND WATER TREATMENT. 2016;57(7):3237-46. [15] Zhou N, Chen H, Xi J, Yao D, Zhou Z, Tian Y, et al. Biochars with excellent Pb(II) adsorption property produced from fresh and dehydrated banana peels via hydrothermal carbonization. BIORESOURCE TECHNOLOGY. 2017;232:204-10. |
