【摘 要】
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工业、农业的生产活动使得水环境的硝酸根污染日益严峻。传统的硝酸根处理方法存在转化不完全、电极材料易腐蚀钝化、经济效益低、处理条件严格等不足。因此,研制对硝酸根具有经济高效生物质吸附材料及明确其吸附机理十分迫切。我国的烟草产量和种植面积均居世界前列,卷烟生产中产生了大量废弃烟末,给企业成本和生态环境造成了严重负荷。废弃烟末含有大量纤维素并具有良好的孔隙结构,以废弃烟末为原材料制备生物质吸附剂用于处理
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工业、农业的生产活动使得水环境的硝酸根污染日益严峻。传统的硝酸根处理方法存在转化不完全、电极材料易腐蚀钝化、经济效益低、处理条件严格等不足。因此,研制对硝酸根具有经济高效生物质吸附材料及明确其吸附机理十分迫切。我国的烟草产量和种植面积均居世界前列,卷烟生产中产生了大量废弃烟末,给企业成本和生态环境造成了严重负荷。废弃烟末含有大量纤维素并具有良好的孔隙结构,以废弃烟末为原材料制备生物质吸附剂用于处理水中硝酸根对缓解环境污染、实现“以废治废”的绿色发展理念、拓宽了废弃烟末的利用途径具有重要意义,也为我国研制新型生物质材料吸附剂以启发。合成原料为烟末生物质,将其在DMF(N,N二甲基甲酰胺)中与环氧氯丙烷反应,通过使用吡啶催化剂用三乙胺改性烟末生物质中纤维素来制备改性烟末生物质吸附剂(Modified Tobacco Powder Biomass Adsorbent,MTPBA)。采取单因素实验,研究了MTPBA制备过程中的主要参数条件的影响,明确了制备MTPBA的最佳改性条件,并用SEM、EDX、FTIR、XRD等现代表征分析技术探究烟末改性前后的物理化学特征变化。结果显示:制备MTPBA的最佳条件为强碱预处理的NaOH浓度为1.5 mol/L;交联反应时的温度为80℃;交联剂的投加量为5 mL/g;叔胺化反应的温度为80℃;改性后生成的MTPBA形貌均一、结晶度增高,表面形成大量细小孔洞,并成功引入叔胺基团和氯烷基。研究表明:MTPBA比改性前烟末具有更好的孔隙结构,引入的叔胺基团和氯烷基以及表面Zeta电位的变化均有利于吸附硝酸根。开展静态吸附实验,研究MTPBA去除废水中硝酸根(KNO3溶液模拟)的吸附效果,确定最佳吸附条件。根据MTPBA的SEM、EDX和FTIR表征结果,研究其吸附性能及机理。结果显示:硝酸根吸附最佳条件是采用模拟废水原有酸碱度(pH=6.68),投加MTPBA 4.0 g/L,吸附时间30 min,适用硝酸根浓度范围250 mg/L。吸附过程符合准二级动力学模型(R2>0.99)、Langmuir和Freundlich等温模型(R2>0.92)。MTPBA对硝酸根的吸附容量为Qmax=28.46 mg/g。研究表明:MTPBA具有较高的吸附容量,且吸附机理主要与叔胺基团及多孔结构有关。
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