改性煙草秸稈對(duì)陰離子污染物的吸附性能研究.pdf

1、我國農(nóng)業(yè)秸稈量多價(jià)廉，秸稈改性制備吸附劑逐漸成為一種研究秸稈高效利用的方式。但目前市場(chǎng)上所售的吸附劑多屬于針對(duì)性不強(qiáng)的混合應(yīng)用型，對(duì)特定污染物不能達(dá)到理想的吸附效果。因此，針對(duì)于同一類型的污染物研究相應(yīng)的專屬吸附劑是非常必要的。本研究以煙草秸稈為原材料，采用NaOH+H2O2堿法預(yù)處理脫除秸稈中木質(zhì)素和半纖維素，然后以二甲基二烯丙基氯化銨(DADMAC)和Al2(SO4)3為改性劑對(duì)秸稈纖維素進(jìn)行陽離子化改性，制備出針對(duì)陰離子污染物的專

2、屬吸附劑(AD-MTS)。由單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化出最佳改性條件。通過對(duì)吸附條件的控制考察對(duì)比AD-MTS對(duì)兩種陰離子污染物(剛果紅、PO43-)和兩種陽離子污染物（亞甲基藍(lán)、Cu2+）的吸附效果，印證AD-MTS的陰離子專屬吸附性。并通過IR和SEM等表征手段，吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線等試驗(yàn)研究AD-MTS對(duì)剛果紅和PO43-的吸附行為，探討吸附機(jī)理。主要研究結(jié)果如下。
　　(1)A D-M TS的最佳改性條件為:TS∶DA D

3、M AC(g/mL)為1∶2，TS∶Al2(SO4)3（g/g）為1∶2，反應(yīng)溫度80℃、時(shí)間為2h，TS∶CAN(g/g)為6∶1。
　　(2) AD-MTS的比表面積為90.76 m2/g，較TS增大了約1倍，可提供更多的吸附位點(diǎn)。此外，TS和AD-MTS的Zeta電位分別為-10.9mV和24.7mV，正電性加強(qiáng)了AD-MTS與陰離子污染物間的電中和作用。
　　(3)AD-MTS和TS的IR表明預(yù)處理已脫除TS中木質(zhì)素

4、和半纖維素，改性反應(yīng)成功將DADMAC和Al（或聚鋁基團(tuán)）引入到纖維素上，生成具有Al鹽特性的陽離子高聚物。AD-MTS吸附水中陰離子污染物（剛果紅和PO43-）的過程中，同時(shí)發(fā)揮陽離子有機(jī)物的電荷中和、吸附橋架、氫鍵作用以及無機(jī)鋁鹽的空間網(wǎng)捕和絡(luò)合作用等。SEM照片顯示，AD-MTS表面有許多整齊均勻的片狀交錯(cuò)重疊，相擁呈花朵狀，形成許多細(xì)小的孔隙;TS呈不規(guī)則的塊狀重疊結(jié)構(gòu)，較AD-MTS密實(shí)。吸附剛果紅飽和的改性秸稈(G-MTS)

5、和吸附磷飽和的改性秸稈(P-MTS)與AD-MTS的紅外圖譜差異是由于吸附過程中各種物理、化學(xué)作用影響了AD-MTS中相應(yīng)官能團(tuán)的紅外吸收所致。G-MTS和P-MTS的結(jié)構(gòu)較AD-MTS緊實(shí)。
　　(4)剛果紅和PO43-的去除率均隨pH的增大而降低，亞甲基藍(lán)和Cu2+則表現(xiàn)出相反趨勢(shì)。無論處在何種吸附條件，AD-MTS對(duì)兩種陰離子污染物廢水（剛果紅和PO43-）的去除效果都明顯優(yōu)于兩種陽離子污染物廢水（亞甲基藍(lán)和Cu2+）。表明

6、AD-MTS實(shí)現(xiàn)了對(duì)水中陰離子污染物的高效去除，可作為陰離子污染物的專屬吸附劑而應(yīng)用，電荷中和是其主要吸附作用之一。
　　(5)擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能夠很好地描述剛果紅在AD-MTS上的吸附過程，表明AD-MTS對(duì)剛果紅的吸附主要依靠化學(xué)吸附。擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)PO43-的擬合結(jié)果表明AD-MTS對(duì)PO43-的吸附是由化學(xué)吸附和物理吸附聯(lián)合控制的，其中，化學(xué)吸附占主導(dǎo)。顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程擬合結(jié)果表明顆粒內(nèi)擴(kuò)散是限制AD-MT

7、S對(duì)剛果紅的吸附速率的過程，但不是限制PO43-的吸附速率的過程。在20～40℃溫度下，AD-MTS對(duì)剛果紅和PO43-的吸附都符合Langmuir等溫模型，擬合計(jì)算出的最大吸附量分別為537.63～549.45 mg/g和26.10～27.16 mg/g，證明二者在AD-MTS上的吸附行為屬于單層吸附，溫度對(duì)吸附的影響不大。由Freundlich模型擬合剛果紅和PO43-得到的n值均在5左右，表明AD-MTS對(duì)剛果紅和PO43-的吸附

8、過程均為優(yōu)惠吸附。
　　(6)在酸性溶液中，Cl-、NO3-和和SO42-均會(huì)對(duì)AD-MTS吸附PO43-起抑制作用，但在堿性環(huán)境中，三種離子都表現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用，其中，NO3-的促進(jìn)效果最佳。混合廢水的實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)污染物種類調(diào)節(jié)廢水pH值來提高P的吸附率。
　　(7)相同處理?xiàng)l件下，AD-MTS對(duì)水中剛果紅和PO43-的吸附性能較煙草秸稈、預(yù)處理后煙草秸稈以及常用吸附劑（活性炭）都要好，且處理后廢水中殘留Al3+量