摘 要

铬污染具有很高的生态风险，对生物体的健康有危害。由废弃生物质制得的生物质活性炭处理含铬废水具有成本效益好、环境友好的特点而受到广泛关注。但是生物炭在废水处理领域的应用一直受到重金属吸附效率低的限制，因此，需要对生物炭表面进行有效的改性，提高生物炭表去除水体中重金属的能力，为生物质废弃物的利用提供有效的途径。

本实验以菌菇棒为原料在制备出生物质活性炭，并通过甘氨酸预处理制备出改性生物炭。对生物炭进行了BET、FTIR表征，并通过实验研究了溶液pH、Cr(VI)初始浓度、反应时间对生物炭吸附Cr(VI)的影响。结果表明：改性后的生物炭具比表面积变大且生物炭表面丰富的表面官能团为Cr(VI)提供了大量吸附位点。活性炭吸附Cr(VI)受pH显著影响，在pH为2.0初始Cr(VI)浓度50mg/L时，生物炭对Cr(VI)的吸附率达99%左右。生物炭的吸附量随Cr(VI)初始浓度和反应时间的增大而增大，而吸附速率随两者的增大而减小。

关键词：生物炭 改性 六价铬 吸附

Study on adsorption of Cr ions(VI) in water by modified biochar

Abstract

Chromium pollution has high ecological risk and is harmful to the health of organisms.The treatment of chromium-containing wastewater by biomass activated carbon from waste biomass has attracted extensive attention due to its cost-effectiveness and environmental friendliness.However, the application of biochar in the field of wastewater treatment has always been limited by the low adsorption efficiency of heavy metals. Therefore, the surface of biochar needs to be effectively modified to improve the ability of biochar surface to remove heavy metals in water and provide an effective way for the utilization of biomass waste.

In this experiment, activated carbon was prepared from mushroom sticks and modified biochar was prepared by glycine pretreatment.BET and FTIR were used to characterize biochar, and the effects of solution pH, initial concentration of Cr(VI) and reaction time on biochar adsorption Cr(VI) were studied.

The results showed that the modified biochar had larger specific surface area and abundant surface functional groups, which provided a large number of adsorption sites for Cr(VI).Activated carbon adsorption Cr(VI) was significantly affected by pH. When the pH was 2.0 and the initial Cr(VI) was 50mg/L, the adsorption rate of biochar for Cr(VI) was about 99%.The adsorption capacity of biochar increased with the increase of Cr(VI) initial concentration and reaction time, while the adsorption rate decreased with the increase of both.

Key Words: Biochar; Modified; Cr(VI); Adsorption

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 铬元素概述 1

1.1.1 铬的来源 1

1.1.2 铬的危害 3

1.1.3 铬的污染现状 3

1.2 铬污染的去除方法 3

1.2.1 离子交换法 3

1.2.2 吸附法 4

1.2.3 膜过滤 5

1.2.4 化学沉淀法 5

1.2.5 电化学法 6

1.2.6 浮选法 7

1.3 生物炭在废水处理中的应用 7

1.3.1 生物炭概述 7

1.3.2 生物炭的改性方法 8

1.4 研究意义及内容 10

1.4.1 研究意义 10

1.4.2 研究内容 10

第二章 实验部分 11

2.1 实验试剂、仪器及设备 11

2.1.1 实验试剂 11

2.1.2 主要实验仪器及设备 11

2.2 改性生物炭的制备 11

2.2.1 生物炭的制备 11

2.2.2 生物炭的改性 12

2.3 改性前后生物炭对水中Cr(VI)的吸附 12

2.3.1 吸附实验方法 12

2.3.2 溶液酸碱度的影响 13

2.3.3 Cr(VI)初始浓度的影响 13

2.3.4 反应时间的影响 13

2.3.5 Cr(VI)含量的测定 13

2.4 生物炭表征 14

2.4.1 比表面积及孔隙结构分析 14

2.4.2 傅里叶变换红外光谱分析 15

第三章 改性前后生物炭对水中Cr(VI)的吸附研究 16

3.1 生物炭表征 16

3.1.1比表面积及孔隙结构分析 16

3.1.2傅里叶变换红外光谱分析 18

3.2 溶液pH的影响 19

3.3 Cr(VI)初始浓度的影响 20

3.4 反应时间的影响 21

第四章 总结与展望 23

4.1 总结 23

4.2 展望 23

参考文献 25

致谢 28

第一章 绪论

1.1 铬元素概述

1.1.1 铬的来源

铬广泛分布于岩石、矿物、土壤、水和大气中，它可以通过自然过程和人为活动进入各种环境系统(土壤、水、空气等)^[1]。

近几十年来，钢铁生产、冶炼、电镀、制革、印染、造纸、纺织、化肥、农药生产等人类活动向环境释放了大量的铬^[2]。在这些工业过程中，钢铁行业是全球Cr排放的主要人为来源。铬是硬度最大的金属而且具有很高的耐腐蚀性，因此在钢铁表面镀铬可以起到保护作用。氧化铬可以作为催化剂及涂料、陶瓷等的着色剂^[3]。全球矿山Cr年产量如图1-1所示。然而，伴随着铬盐工业的发展，由于粗放的管理模式，生产过程中产生的三废的任意排放以及工厂搬迁所导致的工业用地土壤污染，对环境造成了严重危害^[4]。

图1-1 2001-2015年铬矿产量

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