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摘 要

为了研究不同粒度对生物质炭吸附性能的影响，本实验采用秸秆生物质炭和稻壳生物质炭为材料，并用3种标准筛将生物质炭筛分成20目、60目和100目的生物质炭。然后研究不同粒度的生物质炭对溶液染料（亚甲基蓝和刚果红）的吸附能力。本实验主要进行等温吸附分析和吸附动力学分析。结果表明，生物质炭粒度越细，生物质炭的吸附量越高，且在相同条件下秸秆生物质炭的吸附量高于稻壳生物质炭。动力学分析结果是，两种生物质炭对两种染料的吸附均能符合伪二阶动力学模型。

关键词：粒度 秸秆生物质炭 稻壳生物质炭 吸附量

Adsorption of dyes in aqueous solution by biomass charcoal with different particle sizes

Abstract

In order to investigate the effect of different particle sizes on the adsorption properties of biochar, straw biochar and rice husk biochar were sieved through 20-mesh, 60-mesh and 100- mesh sieves to gain biochar of different size. The adsorption of methylene blue and congo red by biochar of the three sizes was investigated. In this experiment, adsorption isotherm and adsorption kinetics were performed. The results showed that with the increase of biochar size, the adsorption capacity of biochar increased, and under the same conditions, the adsorption capacity of straw biochar was higher than that of rice husk biochar. The results of kinetic analysis showed that the adsorption of two kinds of dyes by two kinds of biomass charcoal could conform to the pseudo-second-order kinetic model.

Key words： particle size ; straw biochar ; rice husk biochar；adsorption capacity

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 概述 1

1.1 染料污染现状 1

1.2 染料废水的处理方法 1

1.3 生物质炭的特点 1

1.4生物质炭吸附原理 2

1.5 生物质炭在其他方面的应用[17、18] 2

第二章 材料与方法 3

2.1 实验药品 3

2.2 实验仪器 3

2.3 实验方法 4

2.3.1 生物质炭的筛分 4

2.3.2 亚甲基蓝标准曲线的绘制 4

2.3.3 刚果红标准曲线的绘制 4

2.3.4 等温吸附实验 4

2.3.5动力学吸附实验 5

2.3.6 吸附率和吸附量计算方法 5

第三章 结果与分析 7

3.1 标准曲线的绘制 7

3.2 初始浓度与染料去除率的关系 7

3.3 吸附等温线分析 12

3.3.1 亚甲基蓝等温吸附线图像 12

3.3.2 刚果红等温吸附图像 16

3.3.3 等温吸附小结 19

3.4吸附动力学分析 19

3.4.1 两种生物质炭对亚甲基蓝和刚果红的吸附量随时间变化关系 19

3.4.2 两种生物质炭对亚甲基蓝的吸附动力学研究 20

3.4.3 两种生物质炭对刚果红的吸附动力学研究 20

3.4.4 吸附动力学小结 21

第四章 结论 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 概述

1.1 染料污染现状

近年来我国在发展过程中面临最大的难题就是环境污染，其中以水污染为代表的环境污染始终威胁着人们的生命健康[1]。其中染料废水对水污染影响巨大，染料废水主要由染料生产过程中产生的废水和印染工业产生的废水组成[2]。如今印染工业不断发展，我国染料废水每年的生产量高达十五万吨，其中有百分之十五左右会直接排放到水环境中，给水环境造成严重危害[3]。因此，染料废水成为我国最难处理的工业废水之一，也成为水污染中越来越突出的问题之一[4]。

根据不完全统计，我国印染废水排放量在300万m ³ /d以上，大约占整个工业废水排放的百分之三十五，但是回收利用率却不到百分之十[5]。因此提高现有印染废水处理效率和开发新的废水处理技术，对于提高印染废水回用率和减少环境污染的都有着非常重要的意义。

1.2 染料废水的处理方法

主要的染料废水处理方法包括物理处理、化学处理和生物处理等方法[6]。通过吸附的方法处理染料废水主要是依靠吸附剂的吸附能力去吸附废水中的染料污染物[7]。吸附法在废水的深度处理中应用广泛, 该方法主要通过吸附剂的多孔结构吸附染料，从而有效去除废水中的污染物质[8]。目前，活性炭吸附法是一种应用许久且已经趋于成熟的方法，该方法对去除高溶解性有机物有效果显著，但活性炭吸附法也有缺点，例如制备费用高，不易再生，应用面狭窄等[9]。

1.3 生物质炭的特点

生物质在地球上储量丰富，包括动物生物质、植物生物质、微生物生物质等，较有代表性的生物质有农业废弃生物质、动物粪便、城市垃圾等，生物质具有廉价易得、容易再生、对环境危害小等优势，充分有效利用生物质能减轻我国资源紧张的程度，有利于社会的可持续发展[10]。

“生物质炭”一词最早产生于2006年[11]。生物质炭是由植物生物质在人为控制的部分或完全缺氧的条件下裂解产生的一类高含碳量的化学物质[12]。生物质炭大部分都是以废弃资源为原材料，生产成本相对较低。将废弃资源利用相应的技术制备成生物质炭，不仅能有效减少垃圾焚烧、堆肥等造成的环境污染问题，还可以有效的提升废弃资源的二次利用率[13]。此外，由于生物质炭比表面积较大，吸附位点多，故生物质炭具有良好的吸附性能，可用于吸附水溶液中的金属离子、染料等污染元素[14]。

1.4生物质炭吸附原理

生物质炭的吸附原理包括物理作用、化学作用和物理化学混合作用等，其中物理作用主要由依靠分子间的范德华力，吸附力较小，吸附热小，但吸附速度较快，一般是可逆的；化学作用则主要依靠电荷运动产生相互作用力，比物理作用慢，且一般为放热的不可逆的过程；混合作用是指吸附过程中物理作用和化学作用同时存在的吸附过程；一般情况下有些物质在低温时发生物理吸附，在高温时发生化学吸附[15]。张世秋，薛阳[16]等研究发现生物质炭对二价镉离子的吸附容量随溶液中二价镉离子初始浓度的增加和吸附时的温度升高而相应增大，生物质炭在吸附过程中具有高度的选择性，生物质炭的吸附过程一个自发的、吸热的过程；他们通过对吸附动力学和吸附等温线研究发现，在吸附开始的2 h内，生物质炭对二价镉离子的去除速度很快，并且大约在16 h时达到吸附平衡，生物质炭对二价镉离子吸附过程与伪二阶动力学模型和朗格缪尔模型吻合较好。

1.5 生物质炭在其他方面的应用

生物质炭是储量丰富且易于制备的环保型材料，可显著吸附对水体中的多种污染物[17]。不同种类的生物炭对于不同种类污染物的吸附量大小也不一致，生物炭的制备条件的控制和生物质炭起作用时的吸附条件对生物质炭的吸附量有显著影响，另外合适的改性剂能极大提升生物质炭的吸附能力。生物炭有许多不同种类，能被生物质炭处理的污染物也有很多，处理效果却有较大差异。生物质炭还可以作为土壤改良剂，并且学术界已经开始进行研究。生物质炭在农业上也有应用，因生物质炭可以作用于土壤、农作物和农作物的生长环境，多国学者开展了相关研究，初步证明生物炭具有改善土壤结构，促进农作物生长，减少温室效应，缓解水环境污染等作用[18]。

第二章 材料与方法

2.1 实验药品

表2-1-1实验所用试剂

表2-1-2 生物质炭的种类及标号

2.2 实验仪器

表2-2-1实验设备

其他仪器（胶头滴管，5mL、10mL离心管，试剂瓶，量筒，50mL、100mL、500mL容量瓶，玻璃棒，1mL、2mL、5mL、10mL移液管、烧杯、试管架等）。

2.3 实验方法

2.3.1 生物质炭的筛分

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