ZnCl2活化法制备甘蔗渣生物质吸附剂吸附性能研究

1、znc12活化法制备甘蔗渣生物质吸附剂吸附性能研究摘要：为实验使用氯化锌活化碳化甘蔗渣制备生物 质吸附剂，吸附浓度为30 mg/lcu2+废水。采用正交实验探 讨了活化剂znc12的浓度、活化浸渍时间以及活化剂对甘蔗 渣生物质的固液比对制备生物吸附剂的影响。结果显示：当 znc12浓度为25 %，固液比为1 : 25，浸渍时间为36h时， 最佳吸附率为97.3%。生物质吸附剂具有甘蔗渣的纤维形貌 结构和乱层石墨结构状态，其中含有丰富的孔隙，吸附孔径 宽度为2. 75 nm，langmuir比表面积为193. 7 m2/g,单孔吸 附总量为0. 09 cm3/go关键词：氯化锌；甘蔗渣；活性炭；

2、吸附 中图分类号：x712文献标识码:a文章编号:16749944 (2016) 120056031引百基于有机生物质的吸附剂被称为生物质吸附剂，普遍的 认为是一种大量存在于自然界、工业副产物、废弃材料或农 作物的经济有效的吸附剂1。开发生物质能源对温室气体 减排，保障国家能源安全具有重要作用，对生态环境具有保 护作用，有利于促进农村建设2。生物质吸附材料具有无 毒、可生物降解、不破坏生态环境等优点，拥有良好的应用前景3。甘蔗渣是甘蔗制糖的主要副产品，是一种潜在的生物质 资源。据测算，我国每年有约700多万t的甘蔗渣没有进行 再利用4，一般废弃于田野或焚烧处理，这不仅占用土地， 而且对空气造成

3、严重污染。利用甘蔗渣制备废水生物质吸附 剂既处理了农业废弃物，又能产生良好的环境效益与经济效 益，是甘蔗渣废物利用的有效途径57。一般而言，znc12 可与甘蔗渣反应而开创出丰富的孔结构，同时还能改变甘蔗 渣生物质吸附剂表面官能团的类型和数量，因此本研究将采 用znc12活化法制备甘蔗渣生物质吸附剂，并研究其吸附性能。2材料与方法2. 1原料、试剂与仪器原料：广西灵山县陆屋镇欧亚糖厂甘蔗渣。主要仪器： cjj78-1型磁力加热搅拌器，722型可见分光光度计，ksw型 马弗炉，tensor 27红外光谱仪，s-4800型冷场发射扫描电 镜，shy-2a型双功能水浴振荡器，3h-2000bet-m

4、型全自动 氮吸附比表面测试仪。药品：氯化锌、cus04 5h20、cuc12 2h20、双环己酮草酰二腙、氯化铵、nh3 h20、无水乙醇。2. 2实验方法2. 2. 1甘蔗渣制备生物质吸附剂采用正交实验的方法，以固液比、活化剂浓度、浸渍时间3个参数为考察因素制定实验方案，实验流程见图1。2. 2. 2吸附剂吸附cu (ii)本研究以含cu (ii)废水作为吸附质考察甘蔗渣生物质 吸附剂的吸附性能。室温下利用水浴振荡器进行吸附实验， 结束后过滤，用lcm比色皿，以双乙醛草酰二腙为显色剂， 在540 nm波长处采用分光光度法测定滤液中剩余cu (ii) 浓度8，铜离子含量最低一组即为正交实验最佳

5、组合实验 组。3结果与分析3. 1制备方案优选采用正交实验确定生物质吸附剂优化制备方案，实验因 素及水平见表1，实验组合及结果见表2。最佳实验效果为a3b3c2组，即活化剂浓度为25 %， 液比为1 : 25，活化时间为36 h。极差分析结果表明各个因 素影响效果由大到小的顺序为固液比、活化剂浓度和活化时 间。根据实验结果，znc12溶液的体积和浓度较大(a3、b3) 时可促进甘蔗渣比表面积的扩大，使结构中的h、0结合生 成h20脱出，促进纤维素热解过程的进行913。需给予 适当的浸渍时间使得甘蔗渣脱水并增加比表面积，浸渍时间 过短不能迗到目的，浸渍时间过长则失去意义。3.2形貌表征通过sem

6、照片观察生物吸附剂的形貌。2显示约有半数的生物质吸附剂保留了甘蔗渣的纤维 形貌结构，另有约半数吸附剂呈现相互搭接的乱层石墨结构 状态，孔隙大小各不相同。纤维状生物吸附剂由于一维长度 方向尺寸占优势，故形成的孔隙较大，平均约为10 pm;3显示相互搭接的乱层石墨结构微粒各维度方向尺寸相当， 故孔隙较小，平均孔隙尺寸约在100 nm以下。生物吸附剂 颗粒间富含微米级孔隙与纳米级孔隙，具有良好的吸附潜 能。3. 3红外光谱分析4为甘蔗渣生物吸附剂的红外光谱谱图。在波数3500 cm-1附近的波峰主要是0-h键的伸缩运动是由表面氢氧基 和化学吸附导致的。在波数2600 cm-1附近波峰归属于非对 称的

7、c-h键或对称的c-h键，代表甲基和亚甲基。在波数 15001700 cm-1附近波峰代表00键振动的吸收峰。1425 cm-1, 1370 cm-1的吸收峰主要是由芳香环的oh振动引起 的。波数10001250 cm-1附近的吸收峰主要是c-0键的伸 缩振动。活化后的生物质吸附材料表面官能团丰富，使得生 物质吸附材料的极性、亲水性、催化性能、表面电荷和骨架 电子密度发生改变，增加了对水中污染物的吸附效果14 16。3. 4吸附-脱附曲线与孔径5为甘蔗渣生物吸附剂的吸附-脱附曲线。此吸附-脱 附曲线属于iv型吸附等温线，表明制备的甘蔗渣生物吸附 剂含有大量中孔，即孔径多集中在250nm17。在

8、相对压 力（p/po）较小时（ab），吸附等温线斜率逐渐减小，表 明吸附质在吸附剂的外表面发生单分子层吸附并逐渐趋于 单层饱和状态。压力继续增大，曲线出现平台（bc），此 时吸附质主要在吸附剂外表面发生多层吸附，且少部分吸附 质逐渐被内部孔隙所吸附。当相对压力升高到吸附质的饱和 蒸汽压时（c点）吸附质在中孔内发生毛细凝聚，之后吸附 量明显上升，直至达到吸附饱和（d点）。由于毛细凝聚现象， 明显观察到吸附线与脱附线不重合，发生滞后现象，且形成 的滞后环对应的压力变化范围较大（b-*c-*d）,因此得知 znc12活化制备甘蔗渣生物质吸附剂具有丰富的中孔结构。 甘蔗渣生物质吸附剂孔隙测试表明吸附孔

9、径宽度为2. 75 nm， langmuir比表面积为193.7 m2/g,单孔吸附总量为0.09 cm3/g,进一步印证了其孔隙丰富的特点，适于作为环境污 染物处理的材料。其余参数见表3所示。4结论（1）通过正交实验确定了制备甘蔗渣生物质吸附剂的 最佳工艺组合：活化剂浓度为25%,活化剂与甘蔗渣固液比 为1 : 25，活化浸泡时间36 h。（2）甘蔗渣生物吸附剂具有丰富的中孔结构，主要孔 隙参数:表面积为193.7 m2/g,单孔容积为0.09 cm2/g,吸附孔径宽度为2. 75 nm。(3) 生物质吸附剂具有甘蔗渣的纤维形貌结构和乱层 石墨结构状态，其中含有丰富的孔隙。(4) 吸附剂表面

10、含有0-h键、非对称的c-h键、对称 的c-h键、c=0键、c-0键等官能团，上述基团可促进生物 质吸附剂的吸附效果。参考文献：1刘一鸣，高鑫，李洪，等.生物质吸附剂在制备燃料乙 醇中应用的研究进展j.化工进展，2013(10)： 23362342.2 张尤华.生物质一体化制氢研究d.上海：华东理工 大学，2012.3 孟梅，马威，张淑芬.生物质基材料在活性染料染色 污染防治中的应用j.染料与染色，2012 (5)： 4247.4 王允圃，李积华，刘玉环，等.甘蔗渣综合利用技术 的最新进展j.中国农学通报，2010 (16)： 370375.5 池汝安，王丽艳，余军霞，等.改性甘蔗渣对镉离子

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