生物質(zhì)基功能炭材料的制備及其吸附水體中離子液體的研究.pdf

1、廢棄天然生物質(zhì)的資源化一直是備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。以農(nóng)林廢棄物為原料制備生物質(zhì)基環(huán)境修復(fù)功能材料，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。生物質(zhì)炭由生物質(zhì)缺氧條件下碳化而成，具有大的比表面和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，以物理、化學(xué)的手段可以調(diào)控表面的官能團(tuán)、極性和孔隙結(jié)構(gòu)，使其表界面與待去除污染物結(jié)合力更強(qiáng)。被譽(yù)為“綠色溶劑”的離子液體表現(xiàn)出一定的生物毒性，泄漏到水環(huán)境中的離子液體也已成為一類新型的低濃度污染物，如何高效去除是一個(gè)亟待解決的重要課題

2、。我們以大宗農(nóng)林廢棄物竹末、玉米秸稈、花生殼和小麥秸稈等為原料，創(chuàng)制的系列生物質(zhì)炭吸附材料對(duì)水體中離子液體表現(xiàn)出很好去除能力，并可高效的降低離子液體對(duì)小麥發(fā)芽過(guò)程的毒性作用，有望應(yīng)用于受污染水體和土壤的修復(fù)。具體研究工作如下：
　?。?）改性竹基生物質(zhì)炭高效去除離子液體[BMIM]Cl及其生物效應(yīng)。采用竹末為原料制備廉價(jià)和高效的生物質(zhì)炭吸附劑用以去除水體中親水性離子液體，1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽（[BMIM]Cl）。竹末700℃

3、炭化后，經(jīng)KOH活化擴(kuò)孔，以(NH4)2S2O8氧化改性得到改性生物質(zhì)炭（BB-K-N）。BB-K-N具有大的比表面積和孔體積、豐富的微孔和含氧官能團(tuán)。BB-K-N相較于原始生物質(zhì)炭（BB）和中間產(chǎn)物（BB-K）對(duì)[BMIM]Cl均表現(xiàn)出高的吸附能力，其吸附量可達(dá)0.625mmol/g。BB-K-N對(duì)[BMIM]Cl的吸附符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Freundlich吸附等溫線模型。吸附后的BB-K-N可用0.1mol/L HCl高效解吸再生。

4、此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，負(fù)載BB-K-N的[BMIM]Cl小麥組和空白組小麥的生長(zhǎng)狀況相似，長(zhǎng)勢(shì)明顯好于[BMIM]Cl小麥組，說(shuō)明BB-K-N可有效降低[BMIM]Cl對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的毒性作用。
　?。?）源于農(nóng)業(yè)廢棄物的生物質(zhì)炭去除水體中離子液體：一種農(nóng)業(yè)廢棄物處理的方法。按前述方法，以不同來(lái)源的農(nóng)業(yè)固體廢棄物（花生殼、玉米秸稈和小麥秸稈）通過(guò)高溫炭化和KOH/(NH4)2S2O8改性制備低成本的吸附劑（PB-K-N，CB-K-N

5、和 WB-K-N）用于去除離子液體（[BMIM]Cl）。在此，基于花生殼、玉米秸稈和小麥秸稈的生物吸附劑PB-K-N，CB-K-N和 WB-K-N對(duì)[BMIM]Cl的去除能力均高于其他炭質(zhì)吸附劑，其吸附能力順序?yàn)椋篜B-K-N> CB-K-N> WB-K-N。通過(guò)對(duì)生物質(zhì)炭吸附劑的表征發(fā)現(xiàn)它們?cè)谛蚊病⒔Y(jié)構(gòu)、表面化學(xué)特性和吸附機(jī)理等方面均非常相似，如生物吸附劑都同時(shí)具備適當(dāng)?shù)奈⒖捉Y(jié)構(gòu)和豐富的含氧官能團(tuán)、PB-K-N，CB-K-N和WB-K

6、-N對(duì)[BMIM]Cl的吸附均符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Freundlich吸附等溫線模型。探討得出吸附能力主要與生物質(zhì)炭吸附劑的微孔結(jié)構(gòu)和極性官能團(tuán)的含量有關(guān)。此種制備生物質(zhì)炭吸附劑的方法有望應(yīng)用推廣于其它農(nóng)林固體生物質(zhì)廢棄物的處置和資源化。
　?。?）離子液體的對(duì)小麥發(fā)芽的影響及生物質(zhì)炭對(duì)其毒性的抑制作用。為了探究離子液體對(duì)植物的毒性效應(yīng)，分別選用了不同陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)（[BMIM]+、[Emim]+、[OMIM]+[Domim]+、[Bp

7、y]+）和不同陰離子結(jié)構(gòu)（Br-、BF4-、CH3COO-、C7H5OO-）的八種不同結(jié)構(gòu)的離子液體，詳細(xì)考察了其對(duì)小麥發(fā)芽過(guò)程的影響。當(dāng)陰離子相同，陽(yáng)離子碳鏈長(zhǎng)度不同時(shí)，離子液體對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的抑制作用隨著烷基鏈長(zhǎng)度的增加而顯著升高，即烷基鏈越長(zhǎng)的離子液體其毒性越大。選擇花生殼基生物質(zhì)炭—PB-K-N，對(duì)不同類別的離子液體進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，分別確定其最大吸附量，PB-K-N對(duì)所考察離子液體均表現(xiàn)出較高的去除能力，且在小麥發(fā)芽實(shí)驗(yàn)中添加PB