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碳化蔗渣吸附剂的制备及其吸附性能研究 报告人 吴桂芬指导老师 黄金阳老师2012年10月9日 1 报告提纲 1 研究背景介绍2 国内外研究进展3 选题意义4 研究内容5 预期成果6 创新点 难点7 进度安排 2 1 研究背景介绍 纤维素吸附剂蔗渣制备吸附剂蔗渣碳化 3 吸附剂应满足要求 吸附能力强 吸附选择性好 吸附平衡浓度低 容易再生和再利用 机械强度好 化学性质稳定 来源广 价廉 常见吸附剂种类活性炭 吸附树脂 改性淀粉类吸附剂 改性纤维类吸附剂等 4 纤维素吸附 纤维素是地球上最丰富的 可以再生的天然资源 具有价廉 可降解并对环境不产生污染等优点 因此对纤维素的改性研究一直受到人们的重视 纤维素的化学改性的方法大致可归结为三个主要方向 利用一般酯化和醚化的方法 利用有机化学改性的方法 利用接枝共聚的方法 纤维素具有多孔性和大比表面积的特点 分子内含有大量亲水性羟基 具有一定的吸附性 5 蔗渣碳化 蔗渣属于环境友好型材料 价格便宜量大 因此蔗渣纤维素吸附剂有着其它合成吸附剂不可比拟的优点 蔗渣的化学组成与木材十分相似 所以它作为颗粒活性炭的原料 具有很大的优势 蔗渣最主要的成分是纤维素 其次是半纤维素和木素 其中纤维素约占40 50 大多以结晶态存在 而半纤维素约占25 35 是一种无定形聚合物 6 2 国内外研究进展 2 1纤维素吸附剂研究进展2 2蔗渣制备吸附剂研究进展2 3碳化蔗渣吸附剂研究进展 7 2 1纤维素吸附剂研究进展 纤维素类吸附剂研究 利用一般酯化和醚化的方法 利用有机化学改性的方法 利用接枝共聚的方法 改性纤维素类吸附剂是改性纤维素产品中具有重要应用价值的研究方向之一 目前改性纤维素吸附剂主要用于去除水体中的Cu2 Mn2 Co2 Fe3 Pb2 Hg2 Cd2 等重金属离子以及印染废液中的直接染料 酸性染料等阴离子型染料 并均取得很好的处理效果 而且容易脱附再生 8 2 1纤维素吸附剂研究进展 9 2 2蔗渣吸附剂研究进展 作为环境友好材料 蔗渣纤维素吸附剂有着其它合成吸附剂不可比拟的优点 生物相容性好 本身含有大量鳌合基团等随着各国科学家研究的深入 它将被越来越多地应用在环境保护领域中 蔗渣利用发展方向 通过对蔗渣纤维素吸附剂合成的研究 得到更加经济的合成方法 降低蔗渣纤维素吸附剂的成本 通过新的官能团或者同时将不同的官能团加载到蔗渣纤维素上 使的蔗渣纤维素吸附剂具有新的功能或者具有多种复合功能 10 2 2蔗渣吸附剂研究进展 11 2 3蔗渣碳化研究最新进展 国内 广西大学生物技术与糖业工程学院周晓微等研究了用蔗渣生产颗粒活性炭的工艺 第一阶段为炭化 发生脱水 脱酸等一次分解 但糖苷键不分解而残留着 糖苷键断裂 生成酮 醇互变的中间产物 再进一步分解出H2O CO CO2 分解残渣固体生成物进行芳香族化 主要是脱氢反应 芳香族核间的键大量形成 最终形成聚合芳香族平面状分子交联结构 经过上面三阶段后蔗渣基本形成活性炭微晶结构 第二阶段的活化处理 水蒸汽活化 蔗渣颗粒活性炭在800 下用水蒸汽活化 约12小时即可 CO2气活化 蔗渣活性炭在850度下用13 CO2 87 N2的混合活化 约12小时完成 12 3 选题意义 论文研究着眼于解决以下问题 1 随着人口数量的几何增长 现代工业废水的乱排乱放 城市垃圾 农村农药喷洒等等 水体污染日益加重 严重威胁水生动植物和人类的健康 因此研究 开发新型环保吸附剂对于环境中水污染的治理有着积极意义 13 选题意义 2 甘蔗渣是一种产量丰富的农业副产品 是甘蔗经过压碎和汁液提取后得到的纤维状残渣 我目前我国蔗渣年产量约为2 2 107t左右 蔗渣一般都是被弃置或燃烧 给环境带来了很大的压力 因此本着从环境保护和资源利用的角度 以蔗渣这一固体废物为原材料吸附水污染物 达到 变废为宝 以废治废 的目的 符合当今社会的发展需求 具有较高的经济效益 社会效益和环境效益 3 国内外都有研究发现用化学药剂能有效提高豆渣 蔗渣 木屑吸附性质 但生产工艺较复杂且成本较高 蔗渣碳化可以改变纤维原有的性质 使其具有更好的吸附性能 碳化蔗渣吸附剂既具有活性炭的吸附能力 又比吸附树脂更易再生 而且稳定性高吸附选择性特殊 吸附剂价格远低于吸附树脂 14 4 研究内容 4 1主要研究内容4 2实验设计4 3论文章节安排 15 4 1主要研究内容 碳化蔗渣产率 碳化温度碳化时间碳化蔗渣吸附效果 碳化温度吸附剂投加量吸附时间吸附质初始浓度 16 计算方法 蔗渣对亚甲基蓝的吸附量 Q mg g 及亚甲基蓝的去除率 的计算公式分别见式 1 和式 2 1 式中 0为亚甲基蓝的初始质量浓度 mg L e为吸附剂达到平衡后 溶液中剩余的亚甲基蓝质量浓度 mg L V为溶液体积 L m为蔗渣质量 g 2 17 4 2实验设计 碳化蔗渣吸附剂的制备研究制备碳化蔗渣 吸附效率高节能 环保经济单因素实验研究碳化温度与亚甲基蓝吸附效果吸附时间与亚甲基蓝吸附效果吸附剂量对亚甲基蓝的吸附影响亚甲基蓝初始浓度对吸附效果的影响 18 4 3论文章节安排 第一部分理论研究 绪论1 1吸附剂的研究概况1 1 1活性炭1 1 2吸附树脂1 1 3改性淀粉类吸附剂1 1 4改性纤维素类吸附剂1 2蔗渣的组成及结构特点1 2 1蔗渣的组成1 2 2蔗渣纤维的结构特点 19 第一部分理论研究 1 3蔗渣的最新利用进展1 3 1蔗渣纤维离子交换剂1 3 2蔗渣制备吸附剂1 3 3应用蔗渣生产热塑性材料1 3 4改性蔗渣的发展趋势1 4改性蔗渣在水处理中的应用现状1 4 1改性蔗渣纤维应用于重金属废水的治理1 4 2用蔗渣生产颗粒活性炭处理水中有机物1 4 3两性蔗渣应用于水处理中的现状1 5选题意义 20 第二部分实验2碳化蔗渣吸附剂的制备和吸附实验2 1实验药剂2 2主要仪器及设备2 3实验方法2 3 1直接炭化法制备蔗渣吸附剂2 3 2标准曲线的绘制2 2 3计算方法 21 第三部分实验结果与讨论 3 1碳化蔗渣吸附剂的制备3 1 1碳化温度对碳化蔗渣得率的影响3 1 2碳化时间对碳化蔗渣产率的影响3 2碳化温度对亚甲基蓝去除率的影响3 2 1实验操作步骤3 2 2实验结果及其分析3 3碳化蔗渣吸附剂投加量对亚甲基蓝吸附效果的影响3 3 1实验操作步骤3 3 2实验结果及其分析3 4吸附时间对亚甲基蓝去除率的影响3 4 1实验操作步骤3 4 2实验结果及其分析3 5亚甲基蓝初始浓度对去除率的影响3 5 1实验操作步骤3 5 2实验结果及其分析 22 5 预期成果 用直接碳化法制备蔗渣吸附剂 通过实验研究 得出最佳碳化温度及碳化时间碳化温度 吸附时间 吸附剂投加量 吸附质初始浓度对碳化蔗渣吸附剂吸附效果的影响关系研究出最有条件下碳化蔗渣使之对污染物的吸附程度达到更高 对污染物的吸附程度更彻底 23 6 创新点 难点 创新点 1 蔗渣直接碳化 生产工艺简单 经济效益高 2