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表面改性竹炭对微污染水中有机物的吸附

作　者: 孙新元
导　师: 张齐生
学　校: 南京林业大学
专　业: 环境工程
关键词: 竹炭 表面改性 微污染水源水 有机污染物 吸附效果
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 225次
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内容摘要


本文采用硝酸、氨水、微波三种改性方法对竹炭进行了表面改性,并研究了表面改性对微污染水中4种典型有机物指标的吸附效果。通过对改性前后竹炭基本吸附性能参数及微观结构的分析,探究了表面改性竹炭吸附效果变化的机理,结果表明:(1)表面改性竹炭中,在最佳吸附条件下,硝酸改性有利于对UV254、UV410的吸附,34%硝酸改性炭(O-2炭)使竹炭对两指标的去除率分别提高了28.18%和32.86%,但硝酸改性不利于对CODMn和2,4-DCP的吸附,高浓度硝酸改性条件对各指标的吸附均产生不利影响;低浓度氨水改性可以提高对各指标的吸附效果,但提高幅度不大,高浓度氨水使得改性效果降低;微波改性使竹炭对各指标的去除率均有所提高,且幅度大于氨水改性,微波改性对2,4-DCP的去除效果最优,相比于未改性炭,去除率提高了16.25%。(2)改性前后各竹炭对于有机物指标的吸附容量实验表明,改性前后竹炭对CODMn、UV254、UV410的吸附过程均可以Freundlich型吸附等温线表示;未改性炭、氨水、微波改性炭对于2,4-DCP的吸附过程均类似于单层吸附,适合用Langmuir型吸附等温线表示,而硝酸改性炭对2,4-DCP的吸附过程则适合用Freundlich型吸附等温线表示。(3)硝酸改性和氨水改性均导致竹炭碘值降低、灰分及水分含量减少,微波改性使竹炭碘值呈略增大趋势,也出现存在碘值减小的情况,灰分、水分含量随改性程度加深而减少。3种改性条件下,竹炭表面官能团含量发生明显变化:硝酸改性炭表面含氧官能团显著增加,总碱度下降;氨水改性炭表面总酸度下降,总碱度明显升高,含氮官能团增加;微波改性炭表面官能团含量总量减少,总酸度和总碱度略有增加。(4)综合采用SEM-EDS分析、XRD分析、红外光谱分析、拉曼光谱分析、TG-DSC分析等多种手段对改性前后竹炭的微观结果进行了分析。结果表明,硝酸改性炭氧含量明显增加,晶体结构趋于规整、有序,石墨化程度提高,使得硝酸改性炭有利于吸附较大的分子,使UV254、UV410得去除率明显提高,而碳结构表面含氧官能团的增加,使竹炭亲水性增强,总酸度增加,导致对CODMn和2,4-DCP去除率的下降;氨水改性炭表面总碱度增加,含氮官能团增多,疏水性增强,炭表面观察到被腐蚀的迹象,各指标去除率提高不大与微孔体积减小有关;微波改性使得竹炭微孔体积增大,从而有利于对各指标的吸附。表面改性提高了竹炭对有机物吸附的选择性。改性前后竹炭的吸附效果是由竹炭孔隙结构、表面性质及吸附质性质共同作用的综合结果,三种影响因素的强弱决定了最终吸附效果的趋势。

全文目录


致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-9
1. 课题提出的背景  9-22
  1.1 水源水污染现状  9-11
    1.1.1 国内外饮用水源水污染现状  9
    1.1.2 微污染水源水的特点  9-10
    1.1.3 微污染水有机污染物的研究现状  10-11
  1.2 微污染水源水处理技术  11-14
    1.2.1 常规处理工艺  11
    1.2.2 常用改进技术的应用现状  11-14
  1.3 竹炭的应用现状  14-16
    1.3.1 竹炭的性质  14
    1.3.2 竹炭的吸附性能  14-15
    1.3.3 竹炭在水处理技术中的应用现状  15-16
  1.4 炭材料的表面改性研究进展  16-20
    1.4.1 活性炭表面化学性质  16-17
    1.4.2 竹炭的表面化学改性研究现状  17-20
  1.5 研究目的与意义  20-22
    1.5.1 研究目的  20-21
    1.5.2 研究意义  21-22
2. 实验内容与方法  22-29
  2.1 研究内容  22
  2.2 实验材料  22-23
    2.2.1 竹炭  22
    2.2.2 水样  22-23
  2.3 实验方法  23-28
    2.3.1 竹炭的表面改性方法  23-24
    2.3.2 改性效果评价指标的测定方法  24-26
    2.3.3 竹炭的结构表征方法  26-28
  2.4 实验仪器与设备  28-29
    2.4.1 主要仪器  28
    2.4.2 微波炉的改造  28-29
3. 实验结果与讨论  29-64
  3.1 表面改性炭的制备  29-30
    3.1.1 硝酸改性  29-30
    3.1.2 氨水改性  30
    3.1.3 微波改性  30
  3.2 表面改性竹炭的吸附性能参数  30-33
    3.2.1 碘值  30-31
    3.2.2 灰分  31-32
    3.2.3 水分  32
    3.2.4 表面官能团含量  32-33
  3.3 表面改性炭对有机物指标的吸附  33-43
    3.3.1 未改性竹炭的吸附特性  33-36
    3.3.2 硝酸改性炭的吸附特性  36-38
    3.3.3 氨水改性炭的吸附特性  38-41
    3.3.4 微波改性炭的吸附特性  41-43
  3.4 竹炭表面改性效果的评价  43-49
    3.4.1 改性前后竹炭对有机物的去除率  43-44
    3.4.2 改性前后竹炭吸附容量的变化  44-49
  3.5 表面改性竹炭的结构表征  49-64
    3.5.1 SEM-EDS  49-52
    3.5.2 红外光谱分析  52-54
    3.5.3 拉曼光谱  54-56
    3.5.4 XRD 分析  56-59
    3.5.5 热重-差示扫描量热分析（TG-DSC）  59-62
    3.5.6 小结  62-64
4. 结论与展望  64-68
  4.1 表面改性后竹炭的吸附性能的变化  64-65
    4.1.1 改性前后竹炭基本吸附性能参数变化  64
    4.1.2 改性前后竹炭对典型有机物的吸附性能  64-65
  4.2 表面改性后竹炭的微观结构的变化  65-66
  4.3 最佳改性效果及机理分析  66
  4.4 存在的问题与展望  66-68
参考文献  68-71

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 给水工程（上水道工程） > 净水工程（给水处理）
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