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1、中南林业科技大学,答 辩 人： 谭 玲 学 号：20090588 指导教师：蒋新元教授 时 间：2013年05月,竹炭表面改性及其对铅离子的吸附与再生,1.,2.,3.,4.,课题概述,实验过程,数据与结果,结论,课题概述,随着城市化进程的加快和工农业的迅猛发展，我国绝大多数城市都不同程度地存在着较突出的水质问题，大量未经处理的城市垃圾、被污染的土壤、工业废水和生活污水以及大气沉降物不断排入水中，使水体悬浮物和沉积物中的重金属含量急剧升高，研究显示，中国地表水中主要的重金属污染为汞，其次是镉、铬和铅，重金属污染很容易诱发各种疾病，尤其是癌症疾患。,1.课题背景：,水体重金属污染来源：,重金属经
2、过工业废水排水管直接排入外环境，进入河流，经过沉积造成环境污染，使土壤中的污染物聚集，严重危害生态环境。,流动、沉积,农药化肥,生活垃圾,重金属通过施用农药化肥和生活垃圾等人为污染源，以及地质侵蚀，风化等天然源形式进入水体，加上重金属具有毒性大，在环境中不易被代谢，易被生物富集并有生物放大效应等特点，不但污染水环境，也严重威胁人类和水生生物的生存。,本次实验是以竹炭和竹活性炭为材料研究其表面改性以及对铅离子的吸附与再生，通过解吸富集的方法将处理金属离子的活性炭通过络合剂解吸，实现活性炭的再生利用，同时达到富集重金属的目的，既可以防止重金属再次进入环境，同时可对富集的重金属进行回收利用实现废弃资
3、源的循环利用，具有重要的现实意义。,2.课题研究的意义,3.课题研究的问题,3.1竹炭制备及其利用,竹炭竹炭是以三年生以上高山毛竹为原料，经近千度高温烧制而成的一种炭。竹炭具有多孔结构，其分子细密多孔，质量坚硬。有很强的吸附能力，能净化空气、消除异味、吸湿防霉、抑菌驱虫。与人体接触能去湿吸汗，促进人体血液循环和新陈代谢，缓解疲劳。经科学提炼加工后，已广泛应用于日常生活中。,由于炭质本身有着无数的孔隙，这种炭质气孔能有效地吸附空气中一部分浮游物质，对硫化物、氢化物、甲醇、苯、酚等有害化学物质起到吸附、分解异味和消臭作用。在日常生活上，可根据竹炭的特性制作生活用品、床上用品，以及冰箱除味保鲜、衣柜
4、防霉除湿的专用炭包。在环境保护，竹炭是良好的净水处理剂，将竹炭置于水中，能吸附水中残留的有害化学物质和水中的臭气，用竹炭颗粒治理河道、污水，特别是城市污水的治理，不但能净化水质，还能除去臭味，美化环境，效果特别显著。,3.2竹炭的氧化改性及再生技术,氧化改性主要是在适当的温度下利用强氧化剂, 对活性炭的表面官能团进行氧化处理,从而提高表面含氧酸性基团的含量, 增强表面极性, 增强对极性物质的吸附, 以达到吸附回收或废水治理的目的。常用的改性氧化剂主要有O2、HNO3、H3PO4、HClO 和H2O2等。活性炭的再生，就是将饱和吸附各种污染物的活性炭经过特殊处理，使活性炭恢复绝大部分的吸附能力，
5、以便重新用于吸附过程，降低生产成本，减少资源的浪费。,3.3重金属离子的原子吸收分光光度测定法,原子吸收分光光度法作为测量痕量和超痕量元素的有效方法之一，以其检出限低、选择性好、精密度高、抗干扰能力强、应用范围广、用样量小等特点，广泛应用于水环境中重金属的监测。实验采用原子吸收分光光度标准曲线法进行数据的测定，即用标准物质配制标准系列溶液，在标准条件下，测定各个标准样品的吸光度Ai，以吸光度值Ai对被测元素含量Ci绘制标准曲线（A为纵坐标，C为横坐标），然后在相同条件下测定样品（实验所用样品）的吸光度Ai，根据被测元素的吸光度值Ax从校正曲线求得其含量Cx。,实验过程,1.,标准曲线的制作,2
6、.,不同目数竹炭的吸附效果比较,3.,竹炭改性对吸附效果的影响比较,4.,实验室用活性炭的改性,5.,实验用活性炭的再生,数据与结果,1.标准曲线的制作,表一 标准曲线数据,图一 标准曲线,线性方程：y=0.0212x+0.0048 相关系数：R2=0.9918,2.不同颗粒竹炭的吸附实验,表2 不同目数竹炭的吸附效果比较,由表格可得，随着竹炭目数的增加，竹炭对铅离子的吸附量增加，说明颗粒越细吸附量越大，但变化不明显。,3.竹炭的改性实验,3.1 Fenton催化氧化法（过氧化氢和铁离子）,表3 催化剂的用量对改性竹炭吸附效果的影响,由表可得：随着催化剂的用量的增加，竹炭对溶液中的铅离子的吸附
7、量有一个最大值，在催化剂的用量为0.075g左右的时候，竹炭对溶液中的铅离子的吸附最好，但波动较小，说明催化剂用量的影响不明显。,表4 催化时间对对改性竹炭吸附效果的影响,由表可得：随着催化时间的增加改性竹炭对溶液中的铅离子的吸附量变化不大，在所选的时间范围内竹炭对溶液中的铅离子的吸附量在10min、45min的时候最大，但催化时间的影响不明显。,表5 水浴温度对对改性竹炭吸附效果的影响,由表可得：在所选定的温度范围内，随着温度的增加，竹炭对溶液中的铅离子的吸附量略减，而且在温度为10左右的时候竹炭对溶液中的铅离子的吸附效果最好，但是此变化有略微的波动。 结论：Fenton催化氧化法对竹炭的氧
8、化改性效果不明显。,3.2浓硝酸氧化法,表6 温度对改性竹炭吸附效果的影响,由表可得：随着水浴温度的增加竹炭对溶液中的铅离子的吸附量增加，在所选定的温度范围内，最佳催化温度为75。随着温度的提高，吸附量可能继续增大，但因条件所限，没有再补充数据。,表7 水浴时间对对改性竹炭吸附效果的影响,由表可得：随着水浴时间的增加竹炭对溶液中的铅离子的吸附量增加，说明在所选定的时间范围内，最佳催化时间为75min。随着温度的提高，吸附量可能继续增大，但因条件所限，没有再补充数据。,4.竹活性炭的改性（浓硝酸氧化法）,表8 水浴温度对改性活性炭吸附效果的影响,由表可得：随着温度的增加竹炭对溶液中的铅离子的吸附
9、量逐渐趋于平稳，在所选温度范围内，可初步判断当催化温度为75的时候效果最佳，但是波动较小，而且效果不明显。,表9 水浴时间对改性活性炭吸附效果的影响,由表可得：随着时间的增加竹炭对溶液中的铅离子的吸附量在一定范围出现一个较好的结果，在所选定的时间范围内，在25min左右的时候竹炭对溶液中的铅离子的吸附效果最好，但是氧化时间对改性效果影响不明显。,5.竹活性炭的解吸,5.1简要步骤,AC,+,Pb2+,AC1,+,络合剂,滤液1,AC2,滤液2,mAC=1.5g,VPb2+ =100ml,CPb2+=1000mg/l,mAC1=1.44g,V络合剂=150ml,mAC2=1.13g,C滤液1=0
10、.25mg/l,C滤液2=4.88mg/l,AC2,+,Pb2+,AC3,+,滤液2,AC4,滤液4,滤液3,mAC3=1.07g,C滤液3=4.88mg/l,mAC4=0.96g,C滤液4=5.93mg/l,AC4,+,Pb2+,AC5,+,滤液4,滤液5,AC6,滤液6,mAC5=0.89g,C滤液5=6.25mg/l,mAC6=0.75g,C滤液6=7.60mg/l,AC6,+,Pb2+,AC7,+,滤液6,AC8,滤液8,滤液7,mAC7=0.72g,C滤液7=6.65mg/l,C滤液8=5.95mg/l,表10 竹活性炭的解吸结果,5.2数据结果,所选用的解吸剂柠檬酸盐解吸效果差，可
11、能需要与铅离子具有更强络合作用的解吸剂。活性炭在经反复吸附与解吸后，吸附能力反而上升，可能有两个原因，一是活性炭同样吸附了柠檬酸盐分子，柠檬酸盐分子对铅离子有一定的络合能力，故造成活性炭的吸附能力逐级上升；二是活性炭经过多次吸附与解吸，活性炭的孔隙可能更通畅，吸附量增多。,对竹活性炭的解吸效果分析：,结论,1.由本实验竹炭对硝酸铅溶液进行吸附的数据可得：随着竹炭目数的增加，竹炭对铅离子的吸附量增加，说明颗粒越细吸附越大，但变化不明显。2.对于竹炭的改性由实验数据可以看出用Fe2+做催化剂，过氧化氢做氧化剂的改性效果不明显，而用浓硝酸做氧化剂对竹炭进行改性效果比较明显，在所设定的条件范围内最佳的
12、改性条件为：75的催化温度，75min的改性时间。,3.对于用浓硝酸对竹活性炭改性的数据可得：随着所选定条件的改变竹炭对溶液中的铅离子的吸附量在一定范围内出现一个较好的结果，但是效果都不明显。初步判断在所给的条件范围内，改性的最佳条件为：75的催化温度，25min的催化时间。4. 实验结果显示，所选用的解吸剂柠檬酸盐解吸效果差，应该需要与铅离子具有更强络合作用的解吸剂。活性炭在经反复吸附与解吸后，吸附能力反而上升，可能有两个原因，一是活性炭同样吸附了柠檬酸盐分子，柠檬酸盐分子对铅离子有一定的络合能力，故造成活性炭的吸附能力逐级上升；二是活性炭经过多次吸附与解吸，活性炭的孔隙可能更通畅，吸附量增多。,敬请各位老师批评指正谢谢！,
