基本信息
- 项目名称：
- 以甘蔗渣为原料制备高性能吸附剂及其应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究对甘蔗渣进行化学改性，制备对有机染料伊红和重金属离子Cu２＋、Cr3+有较强吸附能力的吸附剂。研究了有机染料伊红及重金属离子Cu2＋、Cr3+的pH、温度、吸附时间等因素对吸附的影响。 结果表明，当溶液pH为6时，改性甘蔗渣对有机染料伊红的吸附量比甘蔗渣提高了18倍，对金属Cu2+ 、Cr3+的吸附量也有提高，吸附过程可用Langmuir 型吸附等温线较好地模拟。
- 详细介绍：
- 多年来印染废水和制革废水的处理一直是个难题。水体污染不仅破坏水生生态系统，而且造成水质性缺水，使工农业、生活受到严重的影响，也严重威胁到我们人类的健康。因此，对废水采取经济的综合治理，使之达到国家污水的排放标准，严格治理水体污染，减轻环境压力，无疑成为社会一个亟需解决的问题。 印染、制革废水是水体污染的重要组成部分，印染、制革废水中大多含有水溶性的有机染料，如活性染料、阴离子染料、酸性染料等，甚至会含有重金属离子。目前，对于水体污染的处理方法有很多，主要是物理化学吸附。现阶段不少吸附染料的材料都具有良好的吸附性能，然而这类吸附剂存在着很多显著的缺陷。甘蔗渣是大量存在的废弃物，具有成本低廉，产量丰富的优点.对此外，大量文献报道了甘蔗渣及其衍生物因具有丰富的毛细管，对金属离子的吸附，效果还是不错的，但对染料吸附不是太好，可能原因是甘蔗渣表面的基团与染料的不能有效的结合。甘蔗渣进行改性，用以处理印染废水和制革废水中的燃料以及重金属，不仅高效环保，而且还安全无污染，具有很高的应用前景。 本研究通过在甘蔗渣中引入四乙烯五胺，制备表面具有大量阳离子氨基的改性甘蔗渣，从而获得一种廉价易得、高效的、可以同时较好地吸附有机污染物（以染料伊红为模拟物）和重金属离子（以 Cu2+、Cr3+离子为模拟物）的改性甘蔗渣吸附剂，用来处理废水。并对甘蔗渣和改性甘蔗渣的结构进行了红外光谱表征，且分别探讨了吸附有机染料伊红以及吸附重金属离子Cu２＋、Cr3+的吸附动力学、吸附等温线，研究了溶液的pH等因素对吸附的影响。 结果表明，当溶液pH为6时，MSB对有机染料伊红的吸附量比SB提高了18倍，对金属Cu2+ 、Cr3+的吸附量也大大强于SB，吸附过程可以用Langmuir 型吸附等温线较好地模拟，由方程可得，在25 ℃下伊红的最大吸附量为399.04 mg/g ，反映了改性甘蔗渣是一种吸附性能优异的吸附剂，适用于处理印染、电镀等废水。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：甘蔗渣为原料制备一种可同时吸附有机染料和重金属离子的价格低廉且环境友好型的高效吸附剂。利于吸附处理印染、制革废水；利于经济的可持续发展，改善水体生态环境，而且也促进甘蔗渣的商品化。 思路：甘蔗渣对染料及重金属离子具有一定的吸附能力，但不显著。基于此，对其进行化学修饰，提高其吸附能力。研究了改性甘蔗渣在不同pH、温度和染料/重金属的初始浓度的吸附性能，从而得出改性甘蔗渣的最佳吸附条件。
科学性、先进性及独特之处
- 1.吸附对象为印染废水和制革废水，有利于改善工业上污水处理的多次处理，分类处理的状况，显著降低生产成本； 2.该吸附剂所采用的原料为农业废弃物，分布极广，在原料上大大降低了生产成本，同时可作为废弃物循环再用的新途径，有利于资源再利用； 3.吸附剂的合成工艺简单，使用方便，可推广性强； 4.突破了传统吸附剂吸附对象单一、不具备多效功能、易造成二次污染的技术瓶颈，体现了可持续发展的理念。
应用价值和现实意义
- １.可同时处理处理高浓度的印染废水和制革废水等工业废水以及含重金属离子的实验废水。 ２.原料是农业的废弃物甘蔗渣，成本低廉、环保节能。 ３.吸附剂的合成工艺比较简单，制备成本较低，具有很强的市场竞争能力 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。
学术论文摘要
- 多年来印染废水和制革废水的处理一直是个难题。制备廉价易得、吸附性能优异的吸附材料是治理这类废水的理想手段。本研究通过环氧氯丙烷的开环引入四乙烯五胺对处理过的甘蔗渣（sugarcane bagasse，SB）进行改性，制备成对有机染料伊红和重金属离子Cu２＋、Cr3+有较强吸附能力的吸附剂。对甘蔗渣和改性的甘蔗渣（modified sugarcane bagasse，MSB）的结构进行了红外光谱表征。研究了有机染料伊红及重金属离子Cu２＋、Cr3+的pH、温度、吸附时间等因素对吸附的影响。结果表明，当溶液pH为6时，MSB对有机染料伊红的吸附量比SB提高了18倍，对金属Cu2+ 、Cr3+的吸附量也大大强于SB，吸附过程可以用Langmuir 型吸附等温线较好地模拟，由方程可得，在25 ℃下伊红的最大吸附量为399.04 mg/g ，反映了改性甘蔗渣（modified sugarcane bagasse，MSB）是一种吸附性能优异的吸附剂，适用于处理印染、电镀等废水。
获奖情况
- 1.获华南农业大学２０１０年“丁颖杯”竞赛特等奖； 2.中文论文投稿《生态学报》； 3.英文论文已投稿Bioresource Technology，manuscript number:BITE-D-11-01725.
鉴定结果
- 情况属实。
参考文献
- 主要为： 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，庞浩，廖兵. 2008.甘蔗渣吸附剂的制备及其对Pb2+、Cu2+、Cr3+的吸附动力学研究[J].中山大学学报（自然科学版）.47(6):32~37 4. 王瑀，王丹，商士斌. 2009.蔗渣基重金属离子吸附剂的制备[J]化学研究与应用.21(2):268~272 5. 熊佰炼，张进忠，，邢赜. 2008.甘蔗渣处理重金属废水的研究进展[J].中国资源利用（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
同类课题研究水平概述
- 国内外对废水治理的研究已取得了较大的进展。目前，工业生产中，印染废水的处理方法主要有活性碳吸附法、絮凝法、膜分离法、生物膜法、氧化和臭氧法等，但以上方法都存在吸附率较低、制备成本较高的缺点，不能推广使用。基于壳聚糖的推广，不少研究人员开展以壳聚糖及其衍生物进行吸附试验的研究。壳聚糖的来源虽广，但制作工艺较麻烦。 为此，人们开始寻找一种廉价易得且具高效吸附力的吸附剂来处理废水。一些农产品废弃物具有吸附剂的作用，近年来，利用农产品废弃物作为原料，制备改性吸附剂用来处理废水的研究文献已陆续被出现。例如：熊佰炼等人研究的甘蔗渣处理重金属废水的研究进展，其研究结果为蔗渣吸附阳离子的最适pH为5-10，甘蔗渣的吸附反应是一个放热反应等。 印染废水和制革废水的处理仍然是个棘手的难题，这些废水里通常含有重金属离子和染料等大量有机污染物，可同时吸附有机染料以及重金属离子吸附剂的研究的相关文献资料尚未见报道。我国是印染大国，特别是在珠三角地区，印染业是重要的传统产业之一，印染工业产生大量含有有机染料以及重金属离子的废水，为了降低染料废水综合治理的成本，研究一种可以同时吸附有机染料以及重金属离子的吸附剂将会是一种有效的手段。 以废弃农作物甘蔗渣作为吸附剂的原料，利用四乙烯五胺对其进行改性后用于废水处理，可以很好地处理印染废水和制革废水。
