1. 研究目的与意义（文献综述）

生物质可以定义为“一定积累量的动植物资源和来源于动植物废弃物的总称”(化石资源除外)，其可以包括林业废弃物（如花生壳）、农作物及其提取物（如葡萄糖、蔗糖、淀粉）、草本植物、海藻等农林水产资源，同时也包括工业和生活废弃物如造纸黑液和纸浆废弃物，城市生活垃圾，餐饮废弃物等[1]。

生物质资源是地球上唯一的可再生的碳能源，被誉为 “传统化石燃料替代品”，是可解决能源危机的重要的新型能源[2]。

据统计，全球每年生产大约66亿吨生物质，如花生壳、农作物秸秆、木屑及枯叶等。

2. 研究的基本内容与方案

• 研究内容

1. 以天然糖（葡萄糖、蔗糖等）为原料，一步水热法制备胺基功能化碳球，运用现代表征和测试技术，通过对复合吸附剂结构、形貌、官能团等的分析。研究不同天然糖与有机胺对产物形貌特性及吸附特性的影响。
2. 将天然糖原料替换成农废生物质（花生壳等），通过对水热体系pH、水热时间、水热温度进行优化以制备农废胺基功能化碳球。结合现代表征和测试技术，通过对复合吸附剂结构、形貌进行分析并研究农废生物质形貌特性及吸附特性。
3. 通过在农废生物质水热体系中添加铁源以制备磁性胺基功能化碳质吸附剂。研究典型磁性复合吸附剂对重金属的静态吸附性能，建立吸附动力学和吸附热力学吸附模型，确定较佳的吸附条件，并研究其对共存重金属离子的吸附选择性，及其循环再生吸附能力。

• 研究目标

1. 探索以蔗糖为原料经一步温和水热法法制备胺基功能化碳球（C-NH₂）工艺条件，研究天然糖的种类、水热温度和有机胺的种类等因素对产物形貌及其吸附性能的影响。并结合现SEM、FT-IR、CHNS/O等分析技术，对碳球形貌、表面官能团种类、N元素含量进行分析，探讨影响碳球吸附性能的关键因素。
2. 进一步以农业废弃物（花生壳等）为原料通过水热法制备碳球（XC-NH₂），并通过在水热体系中添加有机胺使碳球得以胺基功能化。研究水热温度和体系pH值等因素对产物形貌及其吸附性能的影响。运用现代测试表征技术，碳球的形貌、孔结构、N元素含量进行表征。并对有无添加有机胺的样品对Cr(VI)进行静态吸附性能对比研究。
3. 在以（花生壳等）等农业废弃物为原料通过水热法制备碳球的基础上，并通过在水热体系中添加铁源，并改变体系的pH值制备磁性碳材料（MXC-NH₂）。研究水热温度和体系pH值等因素对产物形貌及其吸附性能的影响。结合XRD、SEM、FT-IR、XPS等测试表征技术，对碳质材料的形貌、孔结构、N元素含量进行表征。并对有无添加有机胺样品的Cr(VI)静态吸附性能进行对比研究。通过动力学和吸附热力学模型对静态吸附数据进行拟合，确定较佳的吸附条件。同时探索典型样品吸附Cr(VI)后的再生循环吸附性能。除此之外，模拟工业废水中其它重金属阳离子存在下的实际情况，研究样品对Cr(VI)的选择性吸附能力。

• 拟采取的研究方案

1. 胺基功能化碳球（C-NH₂）的制备：以蒸馏水为溶剂，葡萄糖、蔗糖和淀粉为碳源，乙二胺、己二胺和N,N-二甲基甲酰胺为胺源，通过改变有机胺添加种类、天然糖种类、反应温度等因素，制备胺基功能化微球。
2. 农废胺基功能化碳球（XC-NH₂）制备：用稀硫酸（5wt%）为溶剂加入一定量的农废生物质（花生壳等），随后加入一定量有机胺（己二胺，乙二胺等），通过调节体系pH值、反应温度、反应时间等因素，制备胺基功能化微球。
3. 磁性胺基功能化碳复合材料（MXC-NH₂）制备： 以蒸馏水为溶剂，加入一定量农废生物质碳源（花生壳等）、己二胺和六水氯化铁经水热反应制备磁性胺基功能化碳复合材料。并通过改变碳源种类，制备不同的磁性碳材料。
4. 样品的物相、形貌和孔结构等物化性质的表征：利用X-射线衍射（XRD）分析样品的物相组成、有序性、晶化程度和晶粒尺寸；傅里叶变换红外光谱（FT-IR）定样品吸附前后组成；扫描电镜（SEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）观测样品的形貌和微观结构；N₂吸附-脱附用于测量样品的BET比表面积、孔容和孔径分布；X射线光电子能谱（XPS）和CHNS/O分析样品中元素的种类。
5. 典型样品对Cr(VI)等重金属离子废水的吸附性能研究：研究典型样品的种类和投加量、重金属离子种类和初始浓度、接触时间、pH值、吸附温度、共存离子等因素对其吸附速率和吸附量的影响，确定最佳吸附条件；研究磁性MXC-NH₂对Cr(VI)、Cd(II)、Pb(II)等重金属离子竞争吸附速率、选择性和饱和吸附量的差异。其中，Cr(VI)的废水模拟由K₂Cr₂O₇溶解在去离子水中得到。运用拟一级、拟二级动力学吸附方程和粒子内扩散模型进行拟合，计算相关的动力学参数和扩散常数，确定适合描述该吸附过程的动力学模型和决定吸附速率的控制步骤；运用Langmuir和Freundlich等温吸附模型对典型样品的吸附等温线数据进行拟合，确定适合描述该吸附过程的等温吸附模型，预测其最高理论吸附量。
6. 磁性MXC-NH₂吸附剂的再生循环吸附性能研究：以NaOH溶液为解吸剂，通过改变解吸剂的浓度和用量、洗脱时间和再生次数等，对样品吸附重金属离子后的脱附率、再生吸附性能的影响进行评价，确定最佳的解吸条件，并回收解吸后的重金属离子。

3. 研究计划与安排

1. 2018-03-25前完成开题报告撰写及文献翻译等工作；
2. 2018-04-15前完成复合材料的制备和条件优化；
3. 2018-05-10前完成复合材料的吸附性能测试、实验方案改进和结构与性能表征分析；
4. 2018-05-25前完成论文撰写。

4. 参考文献（12篇以上）

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