论文总字数：26655字

摘 要

木质素基活性炭能高效地吸附重金属离子，并且可从造纸黑液中大量提取木质素作为其制备原料，可以实现黑液资源化利用和以废治废。本课题研究了木质素活性炭的制备和静态吸附重金属的过程，为木质素基活性炭的制备过程及将其吸附去除重金属离子过程的优化奠定了一定理论基础。

本课题主要可以分为两部分：一是对KOH活化法制备木质素基活性炭过程进行研究，以黑液提取木质素为原料，在不同工况下制备活性炭。然后，对活性炭进行直接的对三种重金属离子—Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附实验，从而对不同制备工况下活性炭的重金属离子吸附性能进行评价，了解了浸渍比、活化温度和活化时间等主要因素对重金属离子吸附效果的影响，进而找到了最佳吸附性能工况点：浸渍比为2，活化温度为750℃，活化时间为1h。二是对木质素基活性炭吸附这三种具有代表性的重金属离子的过程进行研究，了解除了活性炭表面理化性质的外其他因素,比如pH、温度和溶液初始浓度对吸附过程的影响，发现1）pH对活性炭吸附重金属影响较大，且pH变化对不同离子的吸附影响不同；2)温度升高会降低活性炭对该三种重金属的吸附量；3）初始浓度的提高可以加快活性炭对重金属的绝对吸附速度，但是会使得到达饱和点的时间延后。

关键词：黑液，木质素，活性炭制备，重金属离子吸附

Abstract

Lignin-based activated carbon can be used to effectively adsorb heavy metal ions. And lignin can be abundantly extracted from papermaking black liquor, which is a kind of effluent. Thus, resource utilization of papermaking black liquor and decontamination of heavy metal can be realized through treating heavy metal pollution with lignin-based AC, which use lignin extracted from papermaking wastewater as raw material. Preparation of lignin-based AC and adsorption of heavy metal ions by it were studied. It has laid some theoretical foundation for optimization of the whole process.

The experiments of this project can be divided into two parts: the first one is the study of the lignin-based activated carbon (AC) preparation process through KOH activation method; the second one is the study of the process of adsorption of heavy ions by lignin-based activated carbon. In the study of the AC preparation, the influence of three main factors (including temperature (T), reaction time (t) and impregnation ratio(R)) on the adsorption ability of AC produced has been investigated. And optimum conditions have been acquired by orthogonal experiment, which are T=750℃,R=2 and t=1h. In the study of the process of adsorption, three main factors, including pH, temperature and the initial concentration of heavy ions have been investigated. It’s been found that 1) pH can heavily influence the process and its effects on the adsorption of different heavy ions are also different; 2) the increase of temperature can reduce the adsorption capacity; 3) the increase of initial concentration can accelerate the absolute adsorption rate of heavy metal ions, but can also prolong the time to adsorption balance point.

KEY WORDS: papermaking black liquor, lignin, activated carbon preparation, adsorption of heavy metal ions

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2国内外研究情况 2

1.2.1重金属废水治理方法 2

1.2.2造纸黑液中木质素的提取 3

1.2.3活性炭的制备 3

1.2 研究目的、内容和技术路线 4

1.2.1研究目的 4

1.2.2研究内容 5

1.2.3技术路线 5

第二章 实验材料及方法 7

2.1实验材料 7

2.2 实验试剂和器材 7

2.3实验操作及测试方法 7

2.3.1木质素的制取 7

2.3.2 活性炭的制取 8

2.3.3 静态吸附实验 9

第三章 黑液木质素制备活性炭的研究 11

3.1引言 11

3.2实验设计 11

3.2.1 活性炭制备工况设计 11

3.2.2 评价活性炭对重金属离子吸附性能的实验设计 11

3.3实验结果分析 13

3.3.1 浸渍比的影响 13

3.3.2 温度的影响 14

3.3.3活化时间的影响 15

3.3.4 最佳吸附性能工况点的确定 16

3.3.5 产率分析 17

3.4 小结 17

第四章 木质素基活性炭静态吸附重金属离子的研究 18

4.1引言 18

4.2实验设计 18

4.3实验结果分析 19

4.3.1初始浓度对活性炭吸附重金属的影响研究 19

4.3.2溶液pH对活性炭吸附重金属离子的影响 20

4.3.3吸附温度对活性炭吸附重金属离子的影响 23

4.4小结 23

第五章 总 结 24

5.1结论 24

5.2问题和展望 24

参考文献 26

绪论

研究背景及意义

近年来随着经济的发展和人民对丰厚物质生活的向往与日俱增，工业品消费量逐年递增，其中重金属制品不在例外。由于相关企业的技术落后，管理不到位，无意或恶意地没有环保意识，重金属废弃物排放日益增加，对自然环境造成了严重的破坏，特别是水环境。我国虽然淡水资源总量占全球6%，位居全球第六，但是我国人口众多，目前仍是世界人口最多的国家，所以我国人均淡水占有量很少，所以，同时也是一个严重缺水的国家。同时还有另一个事实摆在面前，即我国还是世界上最大的发展中国家，经济社会还必须继续有质量地发展，而充足的水资源是发展的必备条件。可用淡水资源先天的匮乏阻碍了经济社会发展，而水环境重金属污染加剧了这种匮乏，也危害到了人民健康生活，同时造成了许多社会问题。因此，亟需科学有效地对其进行治理。

目前，重金属废水的污染问题极为严重，对环境和人体健康造成极大威胁。随着像电镀业，采矿业等产业的发展，直接或间接地排放重金属废水造成水污染的情况也越来越多。对我国各大湖泊的调查显示，近年各种重金属污染呈上升趋势^[7]。某些重金属离子，比如锌、铜、镍、汞、镉、铅和铬等，会使得动物的器官发生各种病变而导致死亡，进而对生态环境产生影响。摄入过量的铜会引起呕吐、痉挛、甚至死亡;铅对中枢神经系统、肾、肝有损伤作用，严重影响脑功能;铬可引起肺坏疽^[1]。重金属离子不能被降解，而是会沿着食物链在生物体内富集，而作为食物链顶端的人类，受到的影响最大。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：26655字