（环境工程专业论文）稻壳灰制备有序介孔氧化硅及吸附性能研究.pdf

m d d i s s e r t a t i o n i i i il l l l l l l l l l li i i ii iui iu i y 2 2 7 6 7 7 0 u t i l i z a t i o no fr i c eh u s ka s ha ss i l i c as o u r c ef o r t h es y n t h e s i so fo r d e r e d m e s o p o r o u ss i l i c a sa n d t h e i r a p p l i c a t i o no fa d s o r p t i o n b y k a i m i n g x i a o s u p e r v i s e d b yp r o f f i n hu az h a n 9 3 u p e r v e c l p r o lj mu az a a n j l 2 , n a n ji n gu n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y m a r c h ，2 0 1 3 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学 位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布 过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的 材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明 确的说明。 研究生签名： 盘拯! f ；年弓月沙日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上 网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权 其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文， 按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 益丛监b 侈年弓月缈日 硕士论文稻壳灰制备有序介孔氧化硅及吸附性能研究 摘要 稻壳是稻米加工后的副产品，经燃烧后产生大量的稻壳灰，且大都没有被处理利用， 严重污染环境。吸附是去除水中污染物的有效方法之一，但常规的吸附材料大多存在吸 附容量较低的缺点。因此，针对水中污染物的吸附去除这一热点问题，本文研究开发了 以稻壳灰为硅源合成有序介孔氧化硅材料，首先采用水热合成r h m c m 4 1 和s b a 1 5 ； 采用共缩聚法合成法了硅烷化m c m 4 1 和s b a 1 5 ，用来吸附水中污染物。将其应用于 水处理过程中，考察其对水中不同污染物的吸附去除效果及机理。结果表明： 对r h m c m 4 1 和c h 3 m c m 4 1 的表征结果表明：r h m c m 4 1 和c h 3 m c m 4 1 都 具有二维六方介孔结构，c h 3 m c m 4 1 仍然保留了较高的比表面积( 6 1 3 m 2 g ) 和孔径 ( 3 4 1 n m ) ，壁厚( 1 5 4 n m ) 有一定的增加。对2 ，4 d n t 的吸附研究结果表明c h 3 m c m 4 1 在偏中性条件( p h = 6 8 2 ) 下更容易吸附2 ，4 d n t ，且吸附性能比r h m c m 4 1 有了明显 的提高，吸附稳定性更强。c h 3 m c m 4 1 吸附2 ，4 d n t 的机理可能为疏水作用和2 ，4 d n t 上的苯环与c h 3 m c m - 4 1 表面的s i o s i 形成电子供体受体配位作用。 对s b a 1 5 和c h 3 s b a 1 5 的表征结果表明：s b a 1 5 和c h 3 s b a 1 5 都具有二维六 方介孔结构。c h 3 s b a 1 5 的比表面积( 4 7 3 m 2 g ) 和孔径( 4 3 8 n m ) 略有减少，壁厚 ( 6 9 8 n m ) 有一定的增加。应用o r i g i n 软件线性和非线性拟合方法探寻吸附体系的等温 线，结果发现，非线性拟合可以避免因线性变形导致的同一等温线拟合产和z 的值的 差异和参数计算的误差，r e d l i c h p e t e r s o n 等温吸附方程可以较好的描述c h h s b a 1 5 吸 附亚甲基蓝体系，其次为f r e u n d l i c h 等温方程，而l a n g m u i r 等温方程的拟合度较差。吸 附实验中c h 3 s b a 1 5 对亚甲基蓝的最大吸附容量为2 6 3 m g g ，与文献中常用吸附剂材 料相比显示了相当大的吸附容量。 关键词：稻壳灰，介孔二氧化硅，功能化，吸附，2 ，4 d n t ，亚甲基蓝 a b s t r a c t 硕士论文 a b s t r a c t r i c eh u s ki sab y p r o d u c ta f t e rp r o c e s s i n g ，p r o d u c e dat r e m e n d o u sw a s t eo ff i c eh u s ka s h w i t h o u tt r e a t m e n t ，h a sc a u s e dg r e a te n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n c o n s i d e r a b l ea t t e n t i o n sh a v e b e e np a i dt oa d s o r p t i o nt e c h n o l o g i e sa se f f i c i e n ta n dv e r s a t i l em e t h o d sf o rw a t e rt r e a t m e n t h o w e v e r m o s to fn o r m a la d s o r b e n t sh a v eal o wa d s o r p t i o nc a p a c i t y t h e r e f o r e ，b a s e do nt h e h o ti s s u eo fw a t e ra d s o r p t i o nt r e a t m e n t ，o r d e r e dm e s o p o r o u ss i l i c am a t e r i a l sw e r es y n t h e s i z e d u s i n gr i c eh u s ka s ha st h es i l i c as o u r c e ，r h m c m - 4 1a n ds b a - 15w e r es y n t h e s i z e db y h y d r o t h e r m a lm e t h o d ，s i l y l a n i z a t i o n m c m - 41a n ds b a - 15w e r e s y n t h e s i z e db y c o c o n d e n s a t i o nm e t h o d ，w h i c hu s e da sa d s o r b e n t sf o rw a t e rt r e a t m e n t 1 1 1 ea d s o r p t i o n b e h a v i o ra n dm e c h a n i s mw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： c h a r a c t e r i z a t i o nr e s u l t si n d i c a t e dt h a tb o t hr h m c m - 41a n dc h 3 - m c m - 41 p o s s e s sa n o r d e r e d2 dh e x a g o n a lm e s o p o r o u ss t r u c t u r e c h 3 - m c m - 41 p o s s e s s e sh i g hs p e c i f i cs u r f a c e ( 6 13 m z g ) ，p o r ed i a m e t e r ( 3 41n m ) ，p o r ew a l l t h i c k n e s s ( 1 5 4 n m ) s l i g h t l y i n c r e a s e d a d s o r p t i o no f2 ，4 - d n to n t oc h 3 - m c m 一4 1w a si n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l yu s i n gb a t c h e x p e r i m e n t s r e s u l t si n d i c a t e dt h a t2 , 4 - d n tc a nb ee f f e c t i v e l yr e m o v e db yc h 3 一m c m - 41 t h a nr h m c m 一41a tn e u t r a lc o n d i t i o n ( p h = 6 8 2 ) t h ea d s o r p t i o nm e c h a n i s mi sp r i m a r i l y b r o u g h ta b o u tb yh y d r o p h o b i ci n t e r a c t i o nb e t w e e n2 , 4 - d n ta n dc h 3 - m c m - 41s u r f a c e ，t h e n f o r ma ne l e c t r o nd o n o r - a c c e p t o rc o m p l e xb e t w e e ne l e c t r o nd o n o rf u n c t i o n sa tt h es i l o x a n e s u r f a c ea n dt h ea r o m a t i cr i n gs y s t e mo ft h e2 , 4 - d n tm a yb ep o s t u l a t e da sap l a u s i b l e m e c h a n i s mo fi n t e r a c t i o n c h a r a c t e r i z a t i o nr e s u l t si n d i c a t e dt h a ts b a - - 15a n dc h 3 - s b a 15p o s s e s sa no r d e r e d2 d h e x a g o n a lm e s o p o r o u ss t r u c t u r e 1 1 1 eh i g hs p e c i f i cs u r f a c e ( 4 7 3 m 2 g ) a n dp o r ed i a m e t e r ( 4 38 n m ) h a v eas l i g h td e c r e a s e ，p o r ew a l lt h i c k n e s s ( 6 9 8 n m ) s l i g h t l yi n c r e a s e d w i t ht h e s o f t w a r eo r i g i n ，i s o t h e r m so fa d s o r p t i o np r o c e s sw e r es t u d i e d b yl i n e a rm e t h o da n d n o n - l i n e a rm e t h o d t h er e s u l t ss h o w e dd i f f e r e n tf o r m so fe q u a t i o nw o u l de f f e c tr 2a n d 矿 s i g n i f i c a n t l ya n di m p a c tt h ef i n a ld e t e r m i n a t i o nw h e r en o n l i n e a rm e t h o dw o u l db eam e t h o d o fa v o i d i n gs u c he r r o r s r e d l i c h - p e t e r s o ni s o t h e r mw a sm o s ts u i t a b l ef o rt h ed a t af o l l o w e db y f r e u n d l i c ha n dt h e nl a n g m u i ri s o t h e r mb yt h en o n - l i n e a rm e t h o d t h em a x i m u m a d s o r p t i o n c a p a c i t i e so fm e t h y l e n eb l u eo n t oc h 3 - s b a - 1 5w a s2 6 3 m g g ，w h i c hl a r g e rt h a nm u c ho f a d s o r b e n tm a t e r i a l sf r o ml i t e r a t u r e s i i 硕士论文 稻壳灰制备有序介孔氧化硅及吸附性能研究 k e y w o r d ：r i c eh u s ka s h ，m e s o p o r o u ss i l i c a , f u n c t i o n a l i z a t i o n ，a d s o r p t i o n ，2 , 4 一d n t , m e t h y l e n eb l u e i i i 目录 硕士论文 目录 摘兰耍。i a b s t r a c t i i l 绪论。1 1 1 研究的目的和意义1 1 2 稻壳灰概述1 1 2 1 稻壳灰的化学组成及物化特性l 1 2 2 稻壳灰的研究及应用现状1 1 2 3 稻壳灰在水处理中的应用2 1 3 介孔材料概述。4 1 3 1 介孔材料的的合成4 1 3 2 介孔材料的合成机理5 1 3 3 介孔s i 0 2 材料的功能化及应用7 1 4 以稻壳灰为硅源合成介孔s i 0 2 8 1 5 本课题选题的目的、意义和主要研究内容8 1 5 1 选题目的、意义8 1 5 2 主要研究内容8 2 稻壳灰制备介孔r h m c m 4 1 和c h 3 m c m 4 1 及结构表征研究1 0 2 1 引言10 2 2 实验部分1 0 2 2 1 实验试剂与仪器1o 2 2 2 原材料的预处理1 0 2 2 3 介孔材料的合成1 1 2 2 4 样品表征1 2 2 3 结果与讨论1 2 2 3 1 小角x r d 谱图分析1 2 2 3 2n 2 吸附脱附分析1 3 2 3 3s e m 和t e m 图分析1 5 2 3 4f t i r 谱图分析1 6 2 3 5t g d t g 分析1 6 2 4 本章小结17 3 介孔r h m c m 4 1 和c h 3 m c m 4 1 对2 , 4 d n t 的吸附性能研究。1 8 i v 硕士论文 稻壳灰制备有序介孔氧化硅及吸附性能研究 3 1 引言18 3 2 实验部分18 3 2 1 实验试剂与仪器1 8 3 2 2 吸附实验18 3 2 3 检测方法19 3 3 结果与讨论1 9 3 3 1r h m c m 4 1 吸附性能研究1 9 3 3 2c h 3 m c m 4 1 吸附性能研究2 6 3 4 本章小结3 3 4 稻壳灰制备介孔s b a 1 5 和c h 3 s b a 1 5 及结构表征研究3 4 4 1 引言3 4 4 2 实验部分3 4 4 2 1 实验原料与试剂3 4 4 2 2 原材料的预处理3 4 4 2 3 介孔材料的合成3 4 4 2 4 样品表征3 5 4 3 结果与讨论3 5 4 3 1 小角x r d 谱图分析3 5 4 3 2n 2 吸附脱附分析3 6 4 3 3s e m 和t e m 图分析3 6 4 3 4f t i r 谱图分析3 7 4 3 5t g d t g 分析3 8 4 4 本章小结3 9 5 介孔c h 3 s b a 1 5 对亚甲基蓝的吸附性能研究4 0 5 1 引言4 0 5 2 实验部分4 0 5 2 1 实验试剂与仪器4 0 5 2 2 吸附实验4 0 5 2 3 检测方法4 1 5 3 结果与讨论4 1 5 3 1 吸附动力学研究4 1 5 3 2 吸附等温线4 3 5 3 3 不同吸附剂吸附性能比较4 9 5 4 本章小结4 9 v 目录硕士论文 6 结论。5 0 致谢5 1 参考文献5 2 v i 硕士论文稻壳灰制备有序介孔氧化硅及吸附性能研究 1 绪论 1 1 研究的目的和意义 2 l 世纪人类面临的最多的环境问题是水资源的短缺、污染与气候变化【1 1 。现今经济 全球化和城市化的快速发展对自然生态系统造成严重破坏，破坏环境质量，威胁人体健 康，高速经济发展的同时必须重视对环境污染的治理。农业废弃生物质资源的再利用是 一项具有实际意义的课题，据国家粮油信息中心2 0 1 2 年1 0 月份预测，2 0 1 2 年我国稻谷 播种面积为3 0 3 0 万公顷，总产量2 0 5 0 0 万吨，加工后稻壳产量约4 1 0 0 万吨，稻壳利用 热能后的剩余产物为稻壳灰，产率约2 0 ，因此每年我国稻壳灰产量约有8 0 0 万吨，且 大多未被有效利用，堆积面积大、易污染土壤、大气及地下水环境。因此，国内外对稻 壳灰的处置和再利用都极其重视，如何充分对农业废弃物稻壳灰加以利用，成为研究热 点。 1 2 稻壳灰概述 1 2 1 稻壳灰的化学组成及物化特性 稻壳灰的主要化学组分是s i 0 2 。稻壳根据燃烧方式和燃烧