天然植物材料作为吸附剂在污水处理中的应用
个人自主学习研究报告
环境工程专业2班 第五学习小组 姓名：洪涛 学号：1224218 研讨方向：表面吸附剂在水处理当中的应用 本人承担的具体学习研讨主题：天然植物材料作为吸附剂在污水处理中的应用
天然植物材料作为吸附剂在污水处理中的应用
摘要：当前水体污染问题日趋严重, 寻求高效、环保, 且成本低廉的水处理剂一直以来是水处理技术研究中的重要方向之一。常用的吸附剂为活性炭,尽管活性炭有很好的吸附效果但由于其价格昂贵,再生困难, 因此,探索有效的农作物秸秆的资源化利用途径有着十分重要的意义。
引言：
活性炭是目前应用最广的吸附剂，但活性炭相对较高的价格、高的操作费用和再生所产生的问题阻碍了这项技术的大规模应用。活性炭价格高，且质量越好价格就越高，使用后用溶液再生会产生小体积的二次污染液，而高温再生将导致活性炭及其吸附能力的损失。所以，越来越需要寻找地产的、可更新的低成本材料作为吸附剂用于污染的治理。 一些廉价的植物材料已被直接用做废水的吸附剂，这些材料包括：苹果渣、麦草、橘子皮、香蕉皮、玉米轴穗、玉米茎杆、稻壳、大麦壳、碎木片、棕榈果枝、锯屑、树皮、树叶、椰壳纤维、香蕉木髓、蔗渣木髓、水生植物等。但是在我国，尚没有大规模使用低值植物材料作为吸附剂的研究报道 。本文选取花生壳、椰子、天然植物材料的代表，就其在国废水处理中的应用进行综述。1
1 椰子为基础的生物吸附剂用于水处理
1.1椰子为基础的生物吸附剂从水中移除金属
使用示踪剂和其他技术研究了Cr3+离子吸附到椰壳的过程[3]：100 mg 椰壳，30 min 时可得到最大吸附量， 吸附了约91 %的Cr3+离子。最大的Langmui吸附容量达到18.25 μmol/g。二价金属离子（Ba、Co、Pb、Ni）和硫酸盐加入到水溶液中可使吸附增加，而硼酸盐、碳酸盐和草酸根离子的存在会使显著降低。Mohan 等研究者[4]从椰子壳纤维中制备了低成本的活性炭， 用于除水或废水中的Cr3+。把这种低成本的活性炭与市售的活性炭纤维布做比较，25C 下它们对Cr3+的最大吸附能力分别为12.2 和39.56 mg/g， 并且随着温度的增1南京大学化学化工学院教育部介观化学重点实验室高分子科学与工程系, 南京 210093
加吸附力增大。与Cr3+相比，人们把更多的精力放在Cr6+上。Selvi 等研究2报道了使用椰子树锯屑活性炭用于移除水溶液中的Cr6+，发现Cr6+的吸附与pH 有关，而酸性pH 范围是去除Cr6+最理想条件。
1.2椰子为基础的生物吸附剂从水中移除染料
等作者报道了把椰子树锯末转换成活性炭用于印染行业废水的
处理。脱色在60内到平衡。颜色、化学需氧量、生物需氧量、总固体含量和总硬度的最大去除率分别为100、56、35、60 和36 %。pH 对颜色的去除似乎没有影响。Namasivayam 等研究者使用椰壳作为吸附剂除去酸性染料（酸性紫和酸性亮蓝）和碱性染料（罗丹明B 和亚甲基蓝）。椰壳对酸性紫、酸性亮蓝和罗丹明B 的吸附容量分别为1.65、16.67 和203.25 mg/g。过量OH-离子与染料阴离子竞争吸附位点使得酸性紫和酸性亮蓝在碱性pH 范围内显示出低的吸附能力；而亚甲基蓝显示出相反的趋势，亚甲基蓝在强酸性pH 范围内显示出低吸附能力， 这个现象归因于过量H+离子与染料阳离子竞争吸附位点。
1.3椰子为基础的生物吸附剂从水中去除放射性元素
一种由椰纤维（CP）制备的新型吸附剂可用于移除水中的放射性元素U6+。该吸附剂（PGCPCOOH）在链末端带有羧酸官能团。使用过二硫酸钾和硫代硫酸钠作为氧化还原剂， 甲叉双丙烯酰胺为交联剂， 把聚甲基丙烯酸羟乙酯接到CP 上，可制得该吸附剂，其在pH 为4.0~6.0 范围内达到最大吸附量。对U6+的最大吸附量为109.6 mg/g。其吸附遵循假一级动力学模型，是放热反应，并且随着离子强度的增加U6+吸附量降低。被吸附剂吸附的U6+可用0.1M 的HCl 有效脱附（脱附率约为96.2±3.3 %），因此该吸附剂可循环使用（至少可循环使用四次），并且没有明显的容量损失。 Kadirvelu3
2 秸秆材料为基础的生物吸附剂用于水处理
2.1秸秆改性材料处理染料污水
染料物质广泛应用于纺织、造纸、橡胶、塑料等行业。大多数国家都立法对染料污水的排放进行严格控制。对染料物质的主要处理办法有吸附、氧化-臭氧化作用、絮凝、离子交换等。其中活性炭对染料的吸附效果很好, 但价格昂贵且再生能力低, 很难回收再利用, 所以其应用受到一定局限。而利用改性天然植物所得到的高分子材料吸附剂却具有吸附能力强、成本低廉且环境友好等优势。Robinson4 等分别以苹果渣与稻草秸秆作为吸附剂材料, 将其应用于处理染料污水, 分别考察了两种吸附剂对含5 种纺织染料混合溶液的处理能力。并就染料混合溶液起始浓度、吸附剂用量以及吸附剂颗粒大小等外界因素对其吸附性能的影响进行了系统研究。实验结果表明:秸秆和苹果渣对初始浓度为200mg/ L 的染料溶液吸附去除率分别达到了80 %和96 %。另外, 吸附剂材料颗粒粒径越小, 吸附能力越强。此外, 有趣的是稻草秸秆等温吸附行为分别经
5Langmuir 和Freundlich 模型拟合后, 得到的等温吸附常数为负值, 说明
Langmuir 和Freundlich模型均不能很好地描述秸秆材料的吸附行为;而上述两种模型对苹果渣的等温吸附描述结果却十分合理。 2申柠，魏用宁，杨顺生．汽车磷化废水的处理工艺研究[J] ．环境科学与管理，2007,32(9):115-117. 3
4
5 Kadirvelu K., Palanival M., Kalpana R., Rajeswari S., Bioresour Technol 2000;74:263. Robins on T , Ch and ran B , Nigam P .Wat er Res , 2002 , 36(11):2824 ～ 2830 . Bat zias F , Sidiras D, Sch roeder E , Weber C .Chem Engn J , 2009 , 148(2 ～ 3):459～ 472 .
2.2秸秆改性材料处理含重金属离子污水
除了对染料物质的去除, 秸秆改性材料还可应用于对重金属离子的脱除。近年来, 由于工业飞速发展, 含重金属离子污水逐年增多, 对重金属离子的脱除十分重要。针对重金属离子的处理方法主要有吸附、过滤、电解、离子交换等手段, 其中吸附作用是处理重金属离子最为有效的方法之一。从吸附机理看,吸附大多可分为络合吸附, 螯合吸附和物理吸附等。而秸秆改性材料中天然高分子分子链上含有大量活性基团, 可与重金属离子发生络合以及螯合作用;并且还可通过离子交换作用, 达到最终去除重金属离子的目的。
2.3秸秆改性材料处理其它污水
秸秆改性材料除了应用于含染料物质以及含重金属离子水体的净化处理外, 还可用来处理其它污水, 如:含油性物质污水、市政污水、制革污水以及含高浓度硝酸盐污水等。
总结
使用椰子和秸秆材料为基础的生物吸附剂可用以去除水和废水中的各种污染物，并表现出优良的特性，比如对许多污染物有出色的吸附能力而且这些吸附材料低成本、无毒、有好的生物相容性。秸秆材料来源广泛, 并且是一种可再生能源, 但就其目前应用水平看, 还处于一个较低层次, 大多秸秆材料还没有有效地充分地利用起来, 这不仅是一种资源浪费, 还造成环境污染。通过适当改性, 将其应用于污水处理中无疑是一种以废治废的好方法。综上所述, 秸秆材料以及椰子在污水处理中已显示出良好的应用前景。在通过化学改性方法研制不同秸秆改性水处理剂中, 如离子交换树脂、絮凝剂以及高效吸附剂等,针对不同污染物质, 从材料分子结构角度出发, 有针对性地对秸秆材料进行修饰, 嫁接有效功能基团, 进一步提高其污水处理能力, 是未来改性秸秆水处理剂研发的重要方向之一。
资 料 清 单
环境工程专业2班 第五学习小组 姓名：洪涛 学号：1224218 研讨方向：表面吸附剂在水处理当中的应用 本人承担的具体学习研讨主题：天然植物材料作为吸附剂在污水处理中的应用 参考文献
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