青稞秸秆生物炭的制备及其吸附模拟地热水中氟和砷的性能研究
在西藏地热水中氟和砷两种元素的浓度普遍都高，而且在地热水开发过程中存在尾水的直接排放现象，这会对周边的水体造成污染，进而影响人体的健康。本文以西藏青稞秸秆为原料通过热解制备青稞秸秆生物炭（HBSBC），然后用Al2(SO4)3·18H2O溶液对生物炭进行改性制得负载铝的改性生物炭（HBSBC-Al），并以改性生物炭作为吸附剂研究了对模拟地热水中氟和砷的吸附效果。结果研究表明，改性生物炭（HBSBC-Al）在pH=7,温度为80℃，吸附剂用量为10g/L的最佳吸附条件下，对氟的去除率达到92.8%，其吸附后氟浓度能降至1.374mg/L；在pH=7,温度为80℃，吸附剂用量为4g/L的最佳吸附条件时砷的去除率高达99.9%，并其吸附后浓度能能降至0.111mg/L，吸附后氟和砷的浓度都符合世界卫生组织（WHO）规定的饮用水含氟和含砷的浓度标准。另外，通过吸附动力学研究发现改性生物炭（HBSBC-Al）对氟和砷的吸附过程都遵循准二级动力学模型，表明改性生物炭对氟和砷的吸附过程主要以化学吸附为主；HBSBC-Al对氟和砷的吸附数据符合朗格缪尔吸附等温模型，这表明了HBSBC-Al对氟和砷的吸附主要以单层表面吸附为主，其吸附容量分别为11.33mg/g和3.661mg/g. 在pH=7、温度为80℃、改性生物炭投加量为10mg/L，在此条件水中含有HCO3-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+等共同离子时，在同时加入氟（19mg/L）和砷（4mg/L）溶液进行吸附实验，并研究其共存离子对改性生物炭除氟和除砷效果影响。结果显示，HCO3-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+共存离子存在时对氟和砷去除效果基本没有影响，氟和砷的去除率也没有下降，氟的去除率始终保持在在93%以上和砷的去除率在99%以上，与氟和砷单独去除效果基本一样。这结果表明了五种共存离子在该浓度范围对改性生物炭HBSBC-Al除氟和除砷没有影响或没有构成竞争的关系。 改性生物炭的再生性能研究，本文选择盐酸作为脱附剂在将饱和改性生物炭放入盐酸中进行脱附，随着脱附次数的增加改性生物炭对砷和氟的去除率逐渐下降，对砷的去除率是从99.6%下降到94.6%，对氟的去除率从93.4%下降到67.7%，经过5次脱附-吸附后仍然具有较高的去除率，说明改性生物炭作为吸附剂处理高氟和高砷和的废水时具有良好的再生性能，可以循环利用，能大大降低水处理的成本。此外，能更好地了解改性生物炭吸附氟和砷的过程，并对生物炭和改性生物炭分别进行了SEM-EDS、BET和XRD的表征。本研究因地制宜将西藏本土的青稞秸秆生物质作为原料充分的利用，也拓宽了青稞秸秆的综合利用途径，并能为西藏地热水资源尾水处理（氟、砷）提供有益的思路。
青稞秸秆生物炭;地热水;氟;砷;吸附性能
西藏大学
硕士
生态学
吕学斌
2021
中文
X523
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）