红麻秸秆的改性及其去除水中油类污染的研究

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水体中油类污染严重影响生态环境和人类身体健康,如何有效控制水体中油类污染已经成为当前研究的热点。利用秸秆材料作为吸油剂,吸附去除水体中油类污染物是常用的去除方法,但直接利用秸秆材料作为吸附剂吸油容量低,将秸秆进行改性是常用的提高吸附容量的方法。本论文选取廉价易得的红麻秸秆作为研究对象,通过物理和化学预处理以及表面化学改性和物理结构改性制得了两种吸油材料KAPKS和NNRKS,通过SEM,FT-IR,BET等方法对改性后的材料进行了表征,并研究了不同改性条件对材料性能的影响。同时对材料的吸油动力学,保油性能,重复利用性能以及吸油吸水比率进行了测定,具体研究结果如下:(1)表面化学改性红麻秸秆吸油材料的制备及性能用废弃的红麻秸秆为原材料,经过物理粉碎和氢氧化钠预处理后,以高锰酸钾-丙酮作为氧化剂,改性秸秆表面的功能基,制备了一种新型的吸油材料KAPKS。表征结果表明KAPKS的比表面积和孔容分别为未改性材料的2.2倍和2.1倍;改性后的秸秆中部分亲水的羟基已经发生官能团变化,转变为较亲油的羧基和醛基;而材料表面有二氧化锰残留,并且材料出现了层状中空网状结构。改性条件优化表明氧化剂高锰酸钾的浓度为0.4%,溶剂丙酮溶液的浓度为4%,高锰酸钾+丙酮溶液的p H为2,改性时间为2 h,改性温度为50℃时制备的溢油吸附剂效果最好,对大豆油的吸附量为7.1 g/g,对机油的吸附量为7.3 g/g,都是未改性材料的1.8倍。在25℃下,吸附后的材料滴淌大豆油和机油分别在10 min和20 min之内达到平衡后,仍能保留50%以上的吸附量,具有较好的保油性能;在25℃下,吸附后的材料重复利用6次之后,最终对大豆油和机油仍能保持大约55%和54.2%的吸油量,具有可观的重复利用性能;对大豆油和机油的吸油吸水比率为266.7%和274.8%,都是未改性材料的4.0倍,表明该材料具有较强的疏水性能。动力学研究结果表明,在25℃下,KAPKS能对大豆油和机油进行快速吸附并最终在1200min时达到吸附平衡,表明该材料具有较快的吸附速率。(2)物理结构改性红麻秸秆吸油材料的制备及性能用废弃的红麻秸秆为原材料,经过物理粉碎后,用氢氧化钠-硫化钠溶液物理结构改性制备了一种新型的吸油材料NNRKS。表征结果表明NNRKS的比表面积和孔容分别为未改性材料的2.1倍和1.3倍;改性后的秸秆游离的羟基的数量减少,大部分木质素和半纤维素的被去除,出现了条絮状分离,孔隙变得多而密集。改性条件优化表明浸泡时间为24 h,反应温度为60℃,反应时间为8 h,氢氧化钠浓度为1 mol/L,硫化钠浓度为0.4 mol/L时制备的溢油吸附剂效果最好,对大豆油的吸附量为6.9 g/g,对机油的吸附量为7.1 g/g,都是未改性材料的1.8倍。在25℃下,吸附后的材料滴淌大豆油和机油分别在10 min和20 min之内达到平衡后,仍能保留50%以上的吸附量,具有较好的保油性能;在25℃下,吸附后的材料重复利用6次之后,最终对大豆油和机油仍能保持大约61.2%和62.1%的吸油量,具有可观的重复利用性能;对大豆油和机油的吸油吸水比率为230.8%和233.4%,是未改性材料的3.5倍和3.4倍,表明该材料具有较强的疏水性能。动力学研究结果表明,在25℃下,KAPKS能对大豆油和机油进行快速吸附并最终在1200min时达到吸附平衡,表明该材料具有较快的吸附速率。以上的研究结果表明,本论文通过两种不同的方法合成的吸油材料KAPKS和NNRKS具有较好的吸油性能和较低的吸水性,保油率和重复利用性能高,吸油速率快,而且方法简单,价格低廉,降解容易是水体中油类污染物控制的潜在理想材料。
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