摘要: 针对纺织业和印染业快速发展所导致的染料废水日益增加、水环境污染日益严重、环境和人体健康持续受到威胁的问题，选用农林废物荞麦壳和松针制备的生物炭作为材料处理染料废水。对生物炭进行了改性以提高吸附性能，并对亚甲基蓝（MB）和胭脂红（P4R）... 展开 针对纺织业和印染业快速发展所导致的染料废水日益增加、水环境污染日益严重、环境和人体健康持续受到威胁的问题，选用农林废物荞麦壳和松针制备的生物炭作为材料处理染料废水。对生物炭进行了改性以提高吸附性能，并对亚甲基蓝（MB）和胭脂红（P4R）两种典型的阳离子和阴离子染料污染物的吸附去除性能进行了深入研究，以期为染料废水的有效处理提供新的途径和方法。 首先，本文选用生物炭领域研究相对较少的荞麦壳和松针来制备生物炭。预炭化法制备荞麦壳生物炭，并对比HNO3浸渍改性和KOH活化改性生物炭对染料吸附性能，探究最佳改性方法，进一步提高其吸附性能。一步法制备KOH活化松针生物炭并负磁，制备具有较好分离能力的磁性生物炭。然后，利用BET测试、EDS元素分析、扫描电镜观测、XRD测试、FTIR分析和振动样品磁强计等仪器和手段对材料进行表征。最后，对两种生物炭吸附上述两种染料的效果进行了实验研究，并分析了吸附过程的微观机理和动力学。同时，考察了两种材料对其他染料的吸附效果和重复利用性能。研究结果表明： （1）荞麦壳生物炭最佳炭化温度为500℃，对其进行HNO3浸渍改性和KOH活化并进行对比，KOH活化后在比表面积、孔道结构和吸附效果等方面的表现都优于HNO3浸渍改性炭，KOH活化炭命名为QBC。QBC含碳量达到91.78%，比表面积达到了2229.7564m2·g-1，总孔容积1.14cm3·g-1，较改性前有非常显著的提高。材料疏松多孔，具有发达的孔道结构，表面含有-OH、-C-H、-N-H等基团，相较改性前石墨化程度更高。 （2）QBC对MB和P4R的最大吸附量实验值分别为1108.55mg·g-1和603.75mg·g-1。QBC投加量分别为0.010g和0.015g时,对MB和P4R的去除率和吸附量都可保持较高水平。pH较低有利于P4R的吸附，较高时有利于MB的吸附。随着吸附时间和染料初始浓度增加，对两种染料的吸附量都增加。随着温度的升高，MB吸附量增加，而P4R吸附量降低。 （3）吸附热力学研究表明QBC对MB的吸附属于高温自发吸附过程，对P4R的吸附属于低温自发吸附。Freundlich吸附模型能够较好的描述QBC对两种染料的吸附过程，属于多层吸附。QBC对MB和P4R的吸附都符合准二级动力学模型，存在颗粒内扩散过程，但不是控速步骤，吸附受到多种吸附机制的影响。QBC对其他多种染料具有较好的吸附效果，未活化热再生条件下具有一定循环使用能力。 （4）松针在8mol·L-1的KOH浸渍12h烘干后在800℃下炭化并负磁制得MBC。MBC含碳量55.62%，Fe占比27.86%。比表面积785.75m2·g-1，总孔容积0.59cm3·g-1，材料疏松多孔，具有发达的孔道结构，明显可见表面负载有Fe3O4颗粒，比饱和磁化强度为15.9ome·g-1，可有效进行分离。表面含有-OH、-C-H、-N-H、C-O等基团，负磁后晶体结构更加有序，并且出现了Fe3O4相关的衍射峰。 （5）MBC对MB和P4R的最大吸附量实验值分别为465.6mg·g-1和336.6mg·g-1。MBC投加量分别为0.010g和0.015g时去除率和吸附量都可保持较高水平，pH较低有利于P4R的吸附，较高时有利于MB的吸附。随着吸附时间和染料初始浓度增加，对两种染料的吸附量都增加。随着温度的升高，MB吸附量增加，而P4R吸附量降低。 （6）吸附热力学研究表明，MBC对MB的吸附属于高温自发吸附过程，对P4R的吸附属于低温自发吸附。Langmuir模型能够较好的描述MBC对MB的吸附过程，属于单层吸附，Freundlich吸附模型能够较好的描述MBC对P4R的吸附过程，属于多层吸附。MBC对MB和P4R的吸附都符合准二级动力学模型，存在颗粒内扩散过程，但不是控速步骤，吸附受到多种吸附机制的影响。MBC对其他类型的染料具有可接受的吸附效果，热再生未活化情况下具有一定的循环使用能力。 收起