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基本信息

項(xiàng)目名稱：
以甘蔗渣為原料制備高性能吸附劑及其應(yīng)用研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本研究對(duì)甘蔗渣進(jìn)行化學(xué)改性，制備對(duì)有機(jī)染料伊紅和重金屬離子Cu２＋、Cr3+有較強(qiáng)吸附能力的吸附劑。研究了有機(jī)染料伊紅及重金屬離子Cu2＋、Cr3+的pH、溫度、吸附時(shí)間等因素對(duì)吸附的影響。 結(jié)果表明，當(dāng)溶液pH為6時(shí)，改性甘蔗渣對(duì)有機(jī)染料伊紅的吸附量比甘蔗渣提高了18倍，對(duì)金屬Cu2+ 、Cr3+的吸附量也有提高，吸附過程可用Langmuir 型吸附等溫線較好地模擬。
詳細(xì)介紹：
多年來印染廢水和制革廢水的處理一直是個(gè)難題。水體污染不僅破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，而且造成水質(zhì)性缺水，使工農(nóng)業(yè)、生活受到嚴(yán)重的影響，也嚴(yán)重威脅到我們?nèi)祟惖慕】?。因此，?duì)廢水采取經(jīng)濟(jì)的綜合治理，使之達(dá)到國(guó)家污水的排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格治理水體污染，減輕環(huán)境壓力，無疑成為社會(huì)一個(gè)亟需解決的問題。 印染、制革廢水是水體污染的重要組成部分，印染、制革廢水中大多含有水溶性的有機(jī)染料，如活性染料、陰離子染料、酸性染料等，甚至?xí)兄亟饘匐x子。目前，對(duì)于水體污染的處理方法有很多，主要是物理化學(xué)吸附。現(xiàn)階段不少吸附染料的材料都具有良好的吸附性能，然而這類吸附劑存在著很多顯著的缺陷。甘蔗渣是大量存在的廢棄物，具有成本低廉，產(chǎn)量豐富的優(yōu)點(diǎn).對(duì)此外，大量文獻(xiàn)報(bào)道了甘蔗渣及其衍生物因具有豐富的毛細(xì)管，對(duì)金屬離子的吸附，效果還是不錯(cuò)的，但對(duì)染料吸附不是太好，可能原因是甘蔗渣表面的基團(tuán)與染料的不能有效的結(jié)合。甘蔗渣進(jìn)行改性，用以處理印染廢水和制革廢水中的燃料以及重金屬，不僅高效環(huán)保，而且還安全無污染，具有很高的應(yīng)用前景。 本研究通過在甘蔗渣中引入四乙烯五胺，制備表面具有大量陽離子氨基的改性甘蔗渣，從而獲得一種廉價(jià)易得、高效的、可以同時(shí)較好地吸附有機(jī)污染物（以染料伊紅為模擬物）和重金屬離子（以 Cu2+、Cr3+離子為模擬物）的改性甘蔗渣吸附劑，用來處理廢水。并對(duì)甘蔗渣和改性甘蔗渣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了紅外光譜表征，且分別探討了吸附有機(jī)染料伊紅以及吸附重金屬離子Cu２＋、Cr3+的吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線，研究了溶液的pH等因素對(duì)吸附的影響。 結(jié)果表明，當(dāng)溶液pH為6時(shí)，MSB對(duì)有機(jī)染料伊紅的吸附量比SB提高了18倍，對(duì)金屬Cu2+ 、Cr3+的吸附量也大大強(qiáng)于SB，吸附過程可以用Langmuir 型吸附等溫線較好地模擬，由方程可得，在25 ℃下伊紅的最大吸附量為399.04 mg/g ，反映了改性甘蔗渣是一種吸附性能優(yōu)異的吸附劑，適用于處理印染、電鍍等廢水。

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  • 以甘蔗渣為原料制備高性能吸附劑及其應(yīng)用研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的：甘蔗渣為原料制備一種可同時(shí)吸附有機(jī)染料和重金屬離子的價(jià)格低廉且環(huán)境友好型的高效吸附劑。利于吸附處理印染、制革廢水；利于經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，改善水體生態(tài)環(huán)境，而且也促進(jìn)甘蔗渣的商品化。 思路：甘蔗渣對(duì)染料及重金屬離子具有一定的吸附能力，但不顯著。基于此，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)修飾，提高其吸附能力。研究了改性甘蔗渣在不同pH、溫度和染料/重金屬的初始濃度的吸附性能，從而得出改性甘蔗渣的最佳吸附條件。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

1.吸附對(duì)象為印染廢水和制革廢水，有利于改善工業(yè)上污水處理的多次處理，分類處理的狀況，顯著降低生產(chǎn)成本； 2.該吸附劑所采用的原料為農(nóng)業(yè)廢棄物，分布極廣，在原料上大大降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)可作為廢棄物循環(huán)再用的新途徑，有利于資源再利用； 3.吸附劑的合成工藝簡(jiǎn)單，使用方便，可推廣性強(qiáng)； 4.突破了傳統(tǒng)吸附劑吸附對(duì)象單一、不具備多效功能、易造成二次污染的技術(shù)瓶頸，體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

１.可同時(shí)處理處理高濃度的印染廢水和制革廢水等工業(yè)廢水以及含重金屬離子的實(shí)驗(yàn)廢水。 ２.原料是農(nóng)業(yè)的廢棄物甘蔗渣，成本低廉、環(huán)保節(jié)能。 ３.吸附劑的合成工藝比較簡(jiǎn)單，制備成本較低，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 ４.改性后甘蔗渣的吸附性能比改性前的甘蔗渣有具有很大的提高。

學(xué)術(shù)論文摘要

多年來印染廢水和制革廢水的處理一直是個(gè)難題。制備廉價(jià)易得、吸附性能優(yōu)異的吸附材料是治理這類廢水的理想手段。本研究通過環(huán)氧氯丙烷的開環(huán)引入四乙烯五胺對(duì)處理過的甘蔗渣（sugarcane bagasse，SB）進(jìn)行改性，制備成對(duì)有機(jī)染料伊紅和重金屬離子Cu２＋、Cr3+有較強(qiáng)吸附能力的吸附劑。對(duì)甘蔗渣和改性的甘蔗渣（modified sugarcane bagasse，MSB）的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了紅外光譜表征。研究了有機(jī)染料伊紅及重金屬離子Cu２＋、Cr3+的pH、溫度、吸附時(shí)間等因素對(duì)吸附的影響。結(jié)果表明，當(dāng)溶液pH為6時(shí)，MSB對(duì)有機(jī)染料伊紅的吸附量比SB提高了18倍，對(duì)金屬Cu2+ 、Cr3+的吸附量也大大強(qiáng)于SB，吸附過程可以用Langmuir 型吸附等溫線較好地模擬，由方程可得，在25 ℃下伊紅的最大吸附量為399.04 mg/g ，反映了改性甘蔗渣（modified sugarcane bagasse，MSB）是一種吸附性能優(yōu)異的吸附劑，適用于處理印染、電鍍等廢水。

獲獎(jiǎng)情況

1.獲華南農(nóng)業(yè)大學(xué)２０１０年“丁穎杯”競(jìng)賽特等獎(jiǎng)； 2.中文論文投稿《生態(tài)學(xué)報(bào)》； 3.英文論文已投稿Bioresource Technology，manuscript number:BITE-D-11-01725.

鑒定結(jié)果

情況屬實(shí)。

參考文獻(xiàn)

主要為： 1. Z.Song, C. J.Williams, & R. G. J.Edyvean. 2000. Sedimentation of tannery wastewater. Technical Note.[J]. 34(7):2171~2176. 2. G.Crini. 2006. Non-conventional low-cost adsorbents　for dye removal: A review[J]. Bioresource Technology. 97(9): 1061-1085. 3. 姜玉，龐浩，廖兵. 2008.甘蔗渣吸附劑的制備及其對(duì)Pb2+、Cu2+、Cr3+的吸附動(dòng)力學(xué)研究[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.47(6):32~37 4. 王瑀，王丹，商士斌. 2009.蔗渣基重金屬離子吸附劑的制備[J]化學(xué)研究與應(yīng)用.21(2):268~272 5. 熊佰煉，張進(jìn)忠，，邢賾. 2008.甘蔗渣處理重金屬?gòu)U水的研究進(jìn)展[J].中國(guó)資源利用（污水治理）.26(8):19~22 6. Jr.Osvaldo Karnitz，Leandro Vinicius Alves Gurgel，Júlio César Perin de Melo, and so on. 2007. Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically modified sugarcane bagasse[C].Bioresource Technology.98(6):1291~1297 7. L. V. A. Gurgel, R. Pd.Freitas,& L. F. Gil. 2008. Adsorption of Cu(II), Cd(II), and Pb(II) from aqueous single metal solutions by sugarcane bagasse and mercerized sugarcane bagasse chemically modied with succinic anhydride[J]. Carbohydrate Polymers. 74: 922~929

同類課題研究水平概述

國(guó)內(nèi)外對(duì)廢水治理的研究已取得了較大的進(jìn)展。目前，工業(yè)生產(chǎn)中，印染廢水的處理方法主要有活性碳吸附法、絮凝法、膜分離法、生物膜法、氧化和臭氧法等，但以上方法都存在吸附率較低、制備成本較高的缺點(diǎn)，不能推廣使用?；跉ぞ厶堑耐茝V，不少研究人員開展以殼聚糖及其衍生物進(jìn)行吸附試驗(yàn)的研究。殼聚糖的來源雖廣，但制作工藝較麻煩。 為此，人們開始尋找一種廉價(jià)易得且具高效吸附力的吸附劑來處理廢水。一些農(nóng)產(chǎn)品廢棄物具有吸附劑的作用，近年來，利用農(nóng)產(chǎn)品廢棄物作為原料，制備改性吸附劑用來處理廢水的研究文獻(xiàn)已陸續(xù)被出現(xiàn)。例如：熊佰煉等人研究的甘蔗渣處理重金屬?gòu)U水的研究進(jìn)展，其研究結(jié)果為蔗渣吸附陽離子的最適pH為5-10，甘蔗渣的吸附反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)等。 印染廢水和制革廢水的處理仍然是個(gè)棘手的難題，這些廢水里通常含有重金屬離子和染料等大量有機(jī)污染物，可同時(shí)吸附有機(jī)染料以及重金屬離子吸附劑的研究的相關(guān)文獻(xiàn)資料尚未見報(bào)道。我國(guó)是印染大國(guó)，特別是在珠三角地區(qū)，印染業(yè)是重要的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一，印染工業(yè)產(chǎn)生大量含有有機(jī)染料以及重金屬離子的廢水，為了降低染料廢水綜合治理的成本，研究一種可以同時(shí)吸附有機(jī)染料以及重金屬離子的吸附劑將會(huì)是一種有效的手段。 以廢棄農(nóng)作物甘蔗渣作為吸附劑的原料，利用四乙烯五胺對(duì)其進(jìn)行改性后用于廢水處理，可以很好地處理印染廢水和制革廢水。
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