稻壳活性炭的制备与应用
摘 要摘 要我国每年稻谷的产量达2000万吨之多，由此而产生大量的稻壳将会对环境造成很大的负担。利用稻壳制备活性炭，不仅降低生产成本，还能变废为宝。本实验利用氯化锌对稻壳进行改性，并利用改性后的稻壳吸附亚甲基蓝溶液，通过去除率来确定其吸附效果。主要研究内容包括：控制温度、pH值、吸附时间、投加量不变，比较原稻壳、粉末稻壳、炭化稻壳、经氯化锌改性后炭化的稻壳（简称活化稻壳）对亚甲基蓝溶液的去除率；控制溶液温度、pH值、吸附时间不变，比较不同活化稻壳投加量对亚甲基蓝溶液的去除率，并以此法依次改变吸附时间、溶液pH、溶液温度，比较不同吸附时间、不同溶液pH、不同溶液温度的条件下，活化稻壳对亚甲基蓝溶液的去除率。实验表明：活化稻壳对亚甲基蓝的吸附效果最佳，其次为炭化稻壳、粉碎稻壳，原稻壳最差。在其他比较条件中，当pH为6，吸附温度为60℃，吸附时间为120min时，其吸附效果分别达到最佳。关键词：活性炭；稻壳；吸附；亚甲基蓝 目 录
第一章 绪 论 1
1.1 染料废水的概述 1
1.1.1 染料废水对环境的危害及处理机制 1
1.1.2 染料废水的来源和特点 2
1.2 稻壳的概述 4
1.2.1 稻壳的特性 5
1.2.2 稻壳改性的方法 5
1.2.3 改性稻壳吸附剂存在的问题 5
1.2.4 改性稻壳吸附剂的发展趋势 6
1.3 课题研究的意义 6
1.3.1 课题研究的立题背景 6
1.3.2 课题研究内容及目标 7
第二章 实验部分 8
2.1 实验仪器与药品试剂 8
2.1.1 实验仪器 8
2.1.2 实验药品 8
2.1.3 实验原料 8
2.2 实验研究方法 9
2.2.1 稻壳的预处理 9
2.2.2 研究方法 9
2.3 分析方法 9
2.3.1 确定亚甲基蓝的最大吸光波长 9
2.3.2 去除率的计算 10
第三章 结果与讨论 11
3.1 标
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
实验药品 8
2.1.3 实验原料 8
2.2 实验研究方法 9
2.2.1 稻壳的预处理 9
2.2.2 研究方法 9
2.3 分析方法 9
2.3.1 确定亚甲基蓝的最大吸光波长 9
2.3.2 去除率的计算 10
第三章 结果与讨论 11
3.1 标准曲线的绘制 11
3.2 不同稻壳吸附剂吸附性能的对比 11
3.3 正交实验 12
3.4 改性稻壳去除效果的影响因素 13
3.4.1 投加量对去除效果的影响 13
3.4.2 吸附时间对去除效果的影响 14
3.4.3 溶液初始pH值对去除效果的影响 15
3.4.4 溶液温度对去除效果的影响 16
3.5 吸附等温线的测定 17
3.6 等温吸附模型 18
3.6.1 Freundlich等温吸附模型 18
3.6.2 Langmuir等温吸附模型 19
结 论 21
参考文献 22
致 谢 24
附 表 25
第一章 绪 论
1.1 染料废水的概述
1.1.1染料废水对环境的危害及处理机制
（一）染料废水对环境的危害
在印染工厂生产过程中，往往会排出大量废水，这些废水就是染料废水。由于原料、产品、工艺的不同，导致废水的组成和性质非常复杂。对于不同用途的纤维织物所使用的浆料和化学药剂不同，所产生的污染物也就不同[1]。染料废水中的主要污染物有以下几种：
1、染料
染料废水色度造成的主要因素是染料。染料作为废水排出，进入江河湖海和地面水中。废水中的染料通过吸收光线，降低水体透明度，影响浮游植物的光合作用和微生物生长，降低水体自净能力；同时还会造成视觉上的污染。此外，有些染料本身就含有毒性，如果不经过处理就随意排放于水中，将会污染水体，对水生生物造成不同程度的危害。污染严重的水体还会危害到人类的生命安全。因此，对染料的排放必须严格控制，尤其是对那些含有毒性的染料，如酞青铜盐类染料和一些偶氮类染料[2]。
2、重金属
染料废水中除了染料外，还含有铬、铅、汞等重金属盐类，这些重金属难以降解，它们能在自然环境中存留很长的时间，并通过食物链危害动物，最终危及人类。在日本曾经发生过的水俣病、痛痛病等重大事件就是重金属汞和镉污染造成的。在印染加工中，重金属铬用量相对较多，因其强氧化性，染色工艺中常用来作氧化剂和媒染剂， 在印花辊筒的制备中，也要用到大量的铬。作为强氧化剂的六价铬含有巨毒，可致癌，应特别注意其排放和回收。
3、其他物质
在染料废水中，还含有其他物质，对于树脂整理剂、有机金属阻燃剂、部分阳离子型柔软剂等污染物必须严格控制和排放，这些污染物不仅危害程度较大，而且不能用传统方法处理。一般的酸、碱、盐和肥皂等物质没有明显的毒害作用，但它们的不合理使用将对环境造成很大的危害，特别是含氮、磷的物质，这些物质的过量使用使废水中总磷氮含量增高，这些高浓度含氮磷废水的排放，很容易造成水体富营养化。湖蓝藻与赤潮事件和我国南方广大水域中的水葫芦危害就是水体富营养化的例子。因此，对这类物质的使用量也应有所控制，不能不加限制地大量使用[3]。
（二）染料废水的处理方法
染料废水的处理措施有源头治理和末端治理，目前我国主要以末端治理为主。
染料废水末端治理常用的解决方法有物理化学法和生物法。物理化学法包括化学混凝法、氧化法、内电解法、吸附法等。化学混凝法因其具有投资低，设备占地少，处理容量大，脱色率高等优点，常用于染料废水的治理中。但近年来由于染料分子的复杂性增加，混凝脱色难度也增加，使得化学混凝法的局限性越来越大。氧化法有高温深度氧化法、化学氧化法和光电催化氧化法。深度氧化法主要有湿式空气氧化法、超临界水氧化法及焚烧法。化学氧化法对染料废水的中的色素有很好的去除效果，但对废水中的COD不起作用，故常用于深度处理色度的工序。光电催化降解的原理是利用光照使 TiO2的导带产生高能电子，价带产生带正电荷的空穴，溶液中的各种物质在电场中不断地发生各种化学反应，最终被降解。铁屑内电解法的基本原理是利用铁屑中的铁和碳组分构成微小原电池的正极和负极，以污水为电解质溶液，发生氧化一还原反应，形成原电池，电解发色基团，破坏其结构，从而达到脱色的目的。吸附法是将吸附剂投入废水中，利用吸附剂的多孔性和高比表面积，通过物理、化学、交换吸附等方式，将污染物从废水中分离出来。常用的吸附剂有活性炭、分子筛、硅胶、活性炭纤维、吸附树脂、活性氧化铝等。活性炭比表面积大，有很强的脱色吸附性能，可通过热空气等方法再生，常用于废水的深度处理。生物法具有运行成本低，对环境污染少等优
第一章 绪 论 1
1.1 染料废水的概述 1
1.1.1 染料废水对环境的危害及处理机制 1
1.1.2 染料废水的来源和特点 2
1.2 稻壳的概述 4
1.2.1 稻壳的特性 5
1.2.2 稻壳改性的方法 5
1.2.3 改性稻壳吸附剂存在的问题 5
1.2.4 改性稻壳吸附剂的发展趋势 6
1.3 课题研究的意义 6
1.3.1 课题研究的立题背景 6
1.3.2 课题研究内容及目标 7
第二章 实验部分 8
2.1 实验仪器与药品试剂 8
2.1.1 实验仪器 8
2.1.2 实验药品 8
2.1.3 实验原料 8
2.2 实验研究方法 9
2.2.1 稻壳的预处理 9
2.2.2 研究方法 9
2.3 分析方法 9
2.3.1 确定亚甲基蓝的最大吸光波长 9
2.3.2 去除率的计算 10
第三章 结果与讨论 11
3.1 标
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
实验药品 8
2.1.3 实验原料 8
2.2 实验研究方法 9
2.2.1 稻壳的预处理 9
2.2.2 研究方法 9
2.3 分析方法 9
2.3.1 确定亚甲基蓝的最大吸光波长 9
2.3.2 去除率的计算 10
第三章 结果与讨论 11
3.1 标准曲线的绘制 11
3.2 不同稻壳吸附剂吸附性能的对比 11
3.3 正交实验 12
3.4 改性稻壳去除效果的影响因素 13
3.4.1 投加量对去除效果的影响 13
3.4.2 吸附时间对去除效果的影响 14
3.4.3 溶液初始pH值对去除效果的影响 15
3.4.4 溶液温度对去除效果的影响 16
3.5 吸附等温线的测定 17
3.6 等温吸附模型 18
3.6.1 Freundlich等温吸附模型 18
3.6.2 Langmuir等温吸附模型 19
结 论 21
参考文献 22
致 谢 24
附 表 25
第一章 绪 论
1.1 染料废水的概述
1.1.1染料废水对环境的危害及处理机制
（一）染料废水对环境的危害
在印染工厂生产过程中，往往会排出大量废水，这些废水就是染料废水。由于原料、产品、工艺的不同，导致废水的组成和性质非常复杂。对于不同用途的纤维织物所使用的浆料和化学药剂不同，所产生的污染物也就不同[1]。染料废水中的主要污染物有以下几种：
1、染料
染料废水色度造成的主要因素是染料。染料作为废水排出，进入江河湖海和地面水中。废水中的染料通过吸收光线，降低水体透明度，影响浮游植物的光合作用和微生物生长，降低水体自净能力；同时还会造成视觉上的污染。此外，有些染料本身就含有毒性，如果不经过处理就随意排放于水中，将会污染水体，对水生生物造成不同程度的危害。污染严重的水体还会危害到人类的生命安全。因此，对染料的排放必须严格控制，尤其是对那些含有毒性的染料，如酞青铜盐类染料和一些偶氮类染料[2]。
2、重金属
染料废水中除了染料外，还含有铬、铅、汞等重金属盐类，这些重金属难以降解，它们能在自然环境中存留很长的时间，并通过食物链危害动物，最终危及人类。在日本曾经发生过的水俣病、痛痛病等重大事件就是重金属汞和镉污染造成的。在印染加工中，重金属铬用量相对较多，因其强氧化性，染色工艺中常用来作氧化剂和媒染剂， 在印花辊筒的制备中，也要用到大量的铬。作为强氧化剂的六价铬含有巨毒，可致癌，应特别注意其排放和回收。
3、其他物质
在染料废水中，还含有其他物质，对于树脂整理剂、有机金属阻燃剂、部分阳离子型柔软剂等污染物必须严格控制和排放，这些污染物不仅危害程度较大，而且不能用传统方法处理。一般的酸、碱、盐和肥皂等物质没有明显的毒害作用，但它们的不合理使用将对环境造成很大的危害，特别是含氮、磷的物质，这些物质的过量使用使废水中总磷氮含量增高，这些高浓度含氮磷废水的排放，很容易造成水体富营养化。湖蓝藻与赤潮事件和我国南方广大水域中的水葫芦危害就是水体富营养化的例子。因此，对这类物质的使用量也应有所控制，不能不加限制地大量使用[3]。
（二）染料废水的处理方法
染料废水的处理措施有源头治理和末端治理，目前我国主要以末端治理为主。
染料废水末端治理常用的解决方法有物理化学法和生物法。物理化学法包括化学混凝法、氧化法、内电解法、吸附法等。化学混凝法因其具有投资低，设备占地少，处理容量大，脱色率高等优点，常用于染料废水的治理中。但近年来由于染料分子的复杂性增加，混凝脱色难度也增加，使得化学混凝法的局限性越来越大。氧化法有高温深度氧化法、化学氧化法和光电催化氧化法。深度氧化法主要有湿式空气氧化法、超临界水氧化法及焚烧法。化学氧化法对染料废水的中的色素有很好的去除效果，但对废水中的COD不起作用，故常用于深度处理色度的工序。光电催化降解的原理是利用光照使 TiO2的导带产生高能电子，价带产生带正电荷的空穴，溶液中的各种物质在电场中不断地发生各种化学反应，最终被降解。铁屑内电解法的基本原理是利用铁屑中的铁和碳组分构成微小原电池的正极和负极，以污水为电解质溶液，发生氧化一还原反应，形成原电池，电解发色基团，破坏其结构，从而达到脱色的目的。吸附法是将吸附剂投入废水中，利用吸附剂的多孔性和高比表面积，通过物理、化学、交换吸附等方式，将污染物从废水中分离出来。常用的吸附剂有活性炭、分子筛、硅胶、活性炭纤维、吸附树脂、活性氧化铝等。活性炭比表面积大，有很强的脱色吸附性能，可通过热空气等方法再生，常用于废水的深度处理。生物法具有运行成本低，对环境污染少等优
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