玉米秸稈的改性及其對六價鉻離子吸附性能的研究.pdf

1、隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)民生活水平的提高，秸稈產(chǎn)量逐年增多。玉米秸稈作為我國三大農(nóng)業(yè)廢棄物之一，其產(chǎn)量尤其驚人，從根本上解決秸稈的綜合利用問題已經(jīng)迫在眉睫。因此，探索有效的農(nóng)作物秸稈的資源化利用途徑有著十分重要的意義。
　　 近年來，電鍍、冶金、制革和紡織印染等行業(yè)排出的重金屬離子廢水已成為生態(tài)環(huán)境的重要污染源，并直接或間接地對人類健康造成極大的危害。因此，選擇合理方法治理重金屬離子廢水，對控制重金屬污染和保證人類健康具有極大的意

2、義。目前，重金屬離子廢水的處理多采用吸附法，該方法因具有設備簡單、適應范圍廣、處理效果好、吸附劑可再生使用等優(yōu)點而被廣泛采用。常用的吸附劑為活性炭，盡管活性炭有很好的吸附效果但由于其價格昂貴，再生困難，所以不少學者把目光投向原料來源廣泛、價格廉價的農(nóng)業(yè)廢棄物，用其制備纖維素類吸附劑，處理重金屬離子污染廢水，從而達到“以廢治廢”，實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益及環(huán)境效益的統(tǒng)一。因此，如何有效地利用農(nóng)作物秸稈來解決水體重金屬污染的問題將會成為研究的

3、熱點。
　　 針對以上問題，本論文通過對玉米秸稈纖維結(jié)構進行改性，將纖維素分子鏈中的結(jié)合鍵打開，引入新的官能團，改變纖維素固有的特性，制備了具有較高吸附容量的纖維素類吸附劑，并將其用于對模擬Cr(Ⅵ)廢水的吸附研究。通過靜態(tài)吸附實驗和動態(tài)柱吸附實驗考察了改性玉米秸稈對模擬廢水中Cr(Ⅵ)的吸附性能，并對其去除機理進行了探討。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　 1.采用二乙烯三胺(DETA)交聯(lián)化以及三乙胺接枝共聚對玉米秸稈改

4、性，優(yōu)化合成條件，制備了改性玉米秸稈吸附劑。改性研究結(jié)果表明，改性玉米秸稈對Cr(Ⅵ)離子的吸附能力相較于原玉米秸稈得到了大大提高。結(jié)合元素分析、掃描電鏡、BET比表面積和熱重分析發(fā)現(xiàn)，改性玉米秸稈的N元素含量增加，熱穩(wěn)定性提高，纖維表面變得光滑有序，比表面積變小。紅外分析和拉曼光譜分析表明，改性使玉米秸稈纖維表面基團結(jié)構發(fā)生了變化，成功引入了季胺基團，吸附去除水中Cr(Ⅵ)過程以離子交換機制為主。
　　 2.研究了不同交聯(lián)劑對

5、玉米秸稈改性效果的影響，結(jié)果表明，交聯(lián)劑在玉米秸稈改性過程中起著非常重要的作用，交聯(lián)度越大，改性玉米秸稈的吸附能力越大。但是采用DETA作為交聯(lián)劑改性的玉米秸稈具有更好的熱穩(wěn)定性。
　　 3.靜態(tài)吸附實驗結(jié)果表明，隨著改性玉米秸稈投加量增大，對溶液中Cr(Ⅵ)離子的去除率也隨之提高，當固液比為1.5g/L時，改性玉米秸稈對溶液Cr(Ⅵ）具有較好的吸附效果，去除率達99.8％，此時玉米秸稈對Cr(Ⅵ)的去除率僅為34.5％。改性玉

6、米秸稈對Cr(Ⅵ)的吸附是一個快速吸附的過程。溶液的pH能夠影響改性玉米秸稈的吸附效果，其主要原因是pH改變了Cr(Ⅵ)離子存在形態(tài)以及吸附劑表面的荷電性。Langmuir吸附等溫模型和Freundlich吸附等溫模型能夠較好地描述改性玉米秸稈對Cr(Ⅵ)的吸附行為，其最大吸附量發(fā)生在323K為227.27mg/g，優(yōu)于文獻報道的其它類型吸附劑對Cr(Ⅵ)的最大吸附容量。改性玉米秸稈對水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附符合偽二級動力學模型，吸附過

7、程受顆粒內(nèi)擴散過程和膜擴散等過程的控制。熱力學參數(shù)表明，改性玉米秸稈對Cr(Ⅵ)的吸附是一個自發(fā)吸熱過程，升高溫度有利于吸附的進行。
　　 4.動態(tài)柱吸附實驗結(jié)果表明，較大的流速、較高的初始濃度和較短的填料層高度將使吸附柱床層穿透加快，穿透時間縮短。與靜態(tài)吸附實驗相一致，改性玉米秸稈對較低的金屬離子濃度具有很好的去除效果。Thomas模型和Yoon-Nelson模型能夠很好地描述改性玉米秸稈動態(tài)吸附Cr(Ⅵ)的行為，其模型擬合參