生物質(zhì)基炭膜的制備及其對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附研究.pdf

1、隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，隨之而來的環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，特別是重金屬廢水污染問題已對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大威脅。針對(duì)重金屬污染廢水，采取有效的治理措施已迫在眉睫。生物質(zhì)基炭膜結(jié)合炭膜與生物炭的概念，是生物質(zhì)原膜在惰性氣體或真空條件下高溫?zé)峤馓炕a(chǎn)生的一類穩(wěn)定的富碳膜狀材料，兼具炭膜與生物炭的一些特質(zhì)，具有優(yōu)良的化學(xué)特性、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和良好的導(dǎo)電性能，這將使其作為高性能電極材料在儲(chǔ)能和電化學(xué)工程中倍受青睞、作為高性能吸附劑和過濾材料在去除重金

2、屬及其它污染物中大有可為。
　　本研究首先以生物質(zhì)二層牛皮為原料，設(shè)計(jì)了可防牛皮卷縮變形的炭化模具，在控制熱分解條件下制備了生物質(zhì)基炭膜。利用TG/DTG、XRD、FT-IR、SEM、TEM和低溫N2吸附-脫附等方法對(duì)在不同炭化溫度下（550～950℃）制備的生物質(zhì)基炭膜形貌特征、孔隙結(jié)構(gòu)及其表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。表征結(jié)果表明:隨著炭化溫度的升高，生物質(zhì)基炭膜碳微晶趨于石墨化發(fā)展;孔容積持續(xù)增大，孔隙結(jié)構(gòu)變得更加發(fā)達(dá);含氧官能團(tuán)

3、總量趨向減少。
　　為了研究所制備生物質(zhì)基炭膜的吸附性能，對(duì)比了靜態(tài)吸附與電化學(xué)增強(qiáng)吸附兩種方法對(duì)水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附特性。以生物質(zhì)基炭膜為吸附劑，在靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中，考察了炭化溫度、反應(yīng)時(shí)間、溶液pH、加入量等因素對(duì)炭膜吸附Pb(Ⅱ)的影響。實(shí)驗(yàn)表明:隨炭化溫度升高，生物質(zhì)基炭膜對(duì)鉛離子的吸附效果明顯變好;在初始鉛離子質(zhì)量濃度為50 mg/L、溶液pH為5.5、炭膜加入量為1.5 g/L、吸附時(shí)間為6h的條件下，950℃下所制

4、炭膜對(duì)鉛離子有較好去除效果，去除率可達(dá)99.9％，吸附容量為32.76 mg/g，說明是一種優(yōu)良的吸附劑。以生物質(zhì)炭膜為吸附電極，在電化學(xué)增強(qiáng)吸附實(shí)驗(yàn)中，考察了電極板間距、電極電壓、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)電增強(qiáng)吸附Pb(Ⅱ)效果的影響。結(jié)果表明:在電極板間距為2.5 cm、施加電極電位為3V、溶液pH為5.5、生物質(zhì)基炭膜電極以劑量表示為0.5 g/L，工作溶液體積為600mL，初始鉛離子濃度為50 mg/L，3h后，對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附量達(dá)5

5、4.42mg/g。所以，生物炭膜電化學(xué)增強(qiáng)吸附過程與靜態(tài)吸附過程相比，雖然劑量僅為后者1/3，吸附時(shí)間為1/2，但吸附容量前者為后者1.66倍。生物炭膜對(duì)Pb(Ⅱ)的電化學(xué)增強(qiáng)吸附性能遠(yuǎn)優(yōu)于靜態(tài)吸附性能，可能歸因于在電場作用下陽離子向陽極遷移速度的增大和陽離子水合結(jié)構(gòu)發(fā)生形變而加速內(nèi)擴(kuò)散使動(dòng)力學(xué)特性得到改善，同時(shí)因陽離子水合結(jié)構(gòu)變形作用使部分原本不可入的微孔變得實(shí)際可入，使吸附劑表面有效吸附位點(diǎn)增多，明顯增強(qiáng)了吸附能力。因此，生物炭膜將