基于生物材料構筑的固廢資源化利用研究：以水中的Pb2+的去除為例

第1章 緒論……………………………………………………………………… 1
1.1 重金屬廢水及其處理技術 ……………………………………………… 1
1.1.1 我國的重金屬水污染現(xiàn)狀 ………………………………………… 1
1.1.2 重金屬的性質與危害 ……………………………………………… 2
1.1.3 重金屬廢水處理技術 ……………………………………………… 6
1.2 生物炭的性質、制備方法與應用 ……………………………………… 9
1.2.1 生物炭的性質……………………………………………………… 10
1.2.2 生物炭的制備方法………………………………………………… 11
1.2.3 生物炭的應用……………………………………………………… 12
1.3 生物炭吸附劑研究進展………………………………………………… 14
1.3.1 生物炭吸附劑的發(fā)展歷程…………………………………………… 14
1.3.2 生物炭吸附劑的改性方法及性能………………………………… 17
1.3.3 生物炭吸附劑性能的影響因素…………………………………… 20
1.3.4 生物炭吸附重金屬離子的機理…………………………………… 22
1.4 研究意義及研究內容…………………………………………………… 25
1.4.1 研究目的及意義…………………………………………………… 25
1.4.2 研究內容…………………………………………………………… 26
1.4.3 研究創(chuàng)新點………………………………………………………… 27
第2章 生物炭的制備及其功能化改性與表征 ……………………………… 28
2.1 生物炭制備及功能化改性方法………………………………………… 28
2.1.1 生物炭的制備……………………………………………………… 28
2.1.2 氧化生物炭的制備………………………………………………… 28
2.1.3 氫氧化鉀活化生物炭的制備……………………………………… 29
2.1.4 磁性生物炭的制備………………………………………………… 29
2.1.5 納米復合生物炭的制備…………………………………………… 29
2.2 生物炭及功能化改性生物炭制備機理………………………………… 29
2.2.1 生物炭制備機理…………………………………………………… 29
2.2.2 氧化生物炭制備機理……………………………………………… 30
2.2.3 氫氧化鉀活化生物炭制備機理…………………………………… 30
2.2.4 磁性生物炭制備機理……………………………………………… 31
2.2.5 納米復合生物炭制備機理………………………………………… 32
2.3 生物炭及功能化改性生物炭的表征…………………………………… 32
2.3.1 傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）分析 ………………………… 32
2.3.2 X射線衍射（XRD）分析 ……………………………………… 33
2.3.3 掃描電鏡（SEM）分析 ………………………………………… 34
2.3.4 比表面積分析……………………………………………………… 36
2.3.5 X射線光電子能譜（XPS）分析 ………………………………… 37
2.4 本章小結………………………………………………………………… 41
第3章 功能化改性前后生物炭對Pb2 的吸附性能………………………… 43
3.1 吸附時間對吸附過程的影響…………………………………………… 43
3.1.1 生物炭……………………………………………………………… 43
3.1.2 氧化生物炭………………………………………………………… 44
3.1.3 氫氧化鉀活化生物炭……………………………………………… 45
3.1.4 磁性生物炭………………………………………………………… 45
3.1.5 納米復合生物炭…………………………………………………… 46
3.2 溶液pH對吸附過程的影響 …………………………………………… 47
3.2.1 鉛離子化學形態(tài)及飽和指數理論計算…………………………… 47
3.2.2 生物炭……………………………………………………………… 49
3.2.3 氧化生物炭………………………………………………………… 49
3.2.4 氫氧化鉀活化生物炭……………………………………………… 50
3.2.5 磁性生物炭………………………………………………………… 51
3.2.6 納米復合生物炭…………………………………………………… 51
3.3 離子初始濃度對吸附過程的影響……………………………………… 52
3.3.1 生物炭……………………………………………………………… 52
3.3.2 氧化生物炭………………………………………………………… 53
3.3.3 氫氧化鉀活化生物炭……………………………………………… 54
3.3.4 磁性生物炭………………………………………………………… 54
3.3.5 納米復合生物炭…………………………………………………… 54
3.4 溫度對吸附過程的影響………………………………………………… 57
3.4.1 生物炭……………………………………………………………… 57
3.4.2 氧化生物炭………………………………………………………… 58
3.4.3 氫氧化鉀活化生物炭……………………………………………… 58
3.4.4 磁性生物炭………………………………………………………… 58
3.4.5 納米復合生物炭…………………………………………………… 59
3.5 循環(huán)使用性能考察……………………………………………………… 60
3.6 本章小結………………………………………………………………… 61
第4章 改性前后生物炭吸附Pb2 的吸附動力學與熱力學機理…………… 63
4.1 吸附動力學……………………………………………………………… 63
4.1.1 生物炭的吸附動力學……………………………………………… 63
4.1.2 氧化生物炭的吸附動力學………………………………………… 65
4.1.3 氫氧化鉀活化生物炭吸附動力學………………………………… 67
4.1.4 磁性生物炭的吸附動力學………………………………………… 69
4.1.5 納米復合生物炭的吸附動力學…………………………………… 71
4.2 吸附等溫線……………………………………………………………… 73
4.2.1 生物炭的吸附等溫線……………………………………………… 74
4.2.2 氧化生物炭吸附等溫線…………………………………………… 75
4.2.3 氫氧化鉀活化生物炭的吸附等溫線……………………………… 77
4.2.4 磁性生物炭吸附等溫線…………………………………………… 78
4.2.5 納米復合生物炭的吸附等溫線…………………………………… 80
4.3 吸附熱力學……………………………………………………………… 82
4.3.1 氧化生物炭的吸附熱力學………………………………………… 82
4.3.2 氫氧化鉀活化生物炭的吸附熱力學……………………………… 83
4.3.3 磁性生物炭的吸附熱力學………………………………………… 84
4.3.4 納米復合生物炭的吸附熱力學…………………………………… 85
4.4 本章小結………………………………………………………………… 86
第5章 生物炭官能團改性吸附Pb2 的密度泛函理論研究………………… 89
5.1 生物炭吸附Pb2 的DFT 研究 ……………………………………… 89
5.1.1 生物炭表面的DFT計算分析 …………………………………… 89
5.1.2 生物炭吸附Pb2 的計算與結果分析 …………………………… 92
5.2 官能團改性生物炭吸附Pb2 的DFT 研究 ………………………… 97
5.2.1 官能團改性生物炭表面的DFT計算分析 ……………………… 97
5.2.2 官能團改性生物炭吸附Pb2 的計算與結果分析 …………… 103
5.3 本章小結 ……………………………………………………………… 108
第6章 結論與展望…………………………………………………………… 110
6.1 結論 …………………………………………………………………… 110
6.2 展望 …………………………………………………………………… 111
參考文獻………………………………………………………………………… 113