何連芳-以甘蔗渣為原料制備高性能吸附劑及其應(yīng)用研究

序號(hào)： 編碼： 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽作品申報(bào)書 作品名稱：以甘蔗渣為原料制備高性能吸附劑及其應(yīng)用研究 學(xué)校全稱： 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 申報(bào)者姓名 （集體名稱）： 何連芳 陳翠錦 類別：自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文 哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文 科技發(fā)明制作A類 科技發(fā)明制作B類 說 明1申報(bào)者應(yīng)在認(rèn)真閱讀此說明各項(xiàng)內(nèi)容后按要求詳細(xì)填寫。2申報(bào)者在填寫申報(bào)作品情況時(shí)只需根據(jù)個(gè)人項(xiàng)目或集體項(xiàng)目填寫A1或A2表，根據(jù)作品類別（自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文、哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文、科技發(fā)明制作）分別填寫B(tài)1、B2或B3表。所有申報(bào)者可根據(jù)情況填寫C表。3表內(nèi)項(xiàng)目填寫時(shí)一律用鋼筆或打印，字跡要端正、清楚，此申報(bào)書可復(fù)制。4序號(hào)、編碼由第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽組委會(huì)填寫。5學(xué)術(shù)論文、社會(huì)調(diào)查報(bào)告及所附的有關(guān)材料必須是中文（若是外文，請(qǐng)附中文本），請(qǐng)以4號(hào)楷體打印在A4紙上（文章版面尺寸14.522cm），附于申報(bào)書后，論文不超8000字，調(diào)查報(bào)告不超15000字。6作品申報(bào)書須按要求由各校競(jìng)賽組織協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一寄送。7其他參賽事宜請(qǐng)向本校競(jìng)賽組織協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)咨詢。A1申報(bào)者情況（個(gè)人項(xiàng)目）說明：1必須由申報(bào)者本人按要求填寫，申報(bào)者情況欄內(nèi)必須填寫個(gè)人作品的第一作者（承擔(dān)申報(bào)作品60%以上的工作者）；2本表中的學(xué)籍管理部門簽章視為對(duì)申報(bào)者情況的確認(rèn)。姓 名何連芳性別女出生年月.申報(bào)者情況學(xué)校全稱華南農(nóng)業(yè)大學(xué)專 業(yè)制藥工程現(xiàn)學(xué)歷本科年級(jí)級(jí)學(xué)制年入學(xué)時(shí)間.作品全稱以甘蔗渣為原料制備高性能吸附劑及其應(yīng)用研究畢業(yè)論文題目無通訊地址廣州市天河區(qū)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)郵政編碼單位電話常住地通訊地址華南農(nóng)業(yè)大學(xué)泰山學(xué)生公寓郵政編碼住宅電話合作者情況姓 名性別年齡學(xué)歷所在單位陳翠錦女本科華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院制藥工程資 格 認(rèn)定學(xué)校學(xué)籍管理部門意見 是否為2011年7月1日前正式注冊(cè)在校的全日制非成人教育、非在職的各類高等院校中國(guó)學(xué)生（含?？粕⒈究粕脱芯可?。是 否若是，其學(xué)號(hào)為： （部門蓋章） 年 月 日院系負(fù)責(zé)人或?qū)熞庖?本作品是否為課外學(xué)術(shù)科技或社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)成果。 是 否 負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日B1申報(bào)作品情況（自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文）說明：1必須由申報(bào)者本人填寫；2本部分中的科研管理部門簽章視為對(duì)申報(bào)者所填內(nèi)容的確認(rèn)；3作品分類請(qǐng)按作品的學(xué)術(shù)方向或所涉及的主要學(xué)科領(lǐng)域填寫；4碩士研究生、博士研究生作品不在此列。作品全稱以甘蔗渣為原料制備高性能吸附劑及其研究應(yīng)用作品分類（ E ）A機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等） C數(shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等） D生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健 康、衛(wèi)生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化 工、生態(tài)、環(huán)保等）作品撰寫的目的和基本思路一、 作品撰寫目的我國(guó)是一個(gè)水資源匱乏的國(guó)家，水資源在時(shí)間、空間上的分配都十分不均勻，也是全球人均水資源最貧乏的國(guó)家之一，人均水資源占有量不足2,200立方米，只有世界平均水平的30%。盡管如此，我國(guó)的水體污染卻呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。我國(guó)是一個(gè)紡織工業(yè)大國(guó)，印染制革業(yè)排出的廢水嚴(yán)重污染我國(guó)的水土，多年來印染廢水和制革廢水的處理一直是個(gè)難題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年，中國(guó)廢水排放總量達(dá)到536.8億噸，其中工業(yè)廢水排放量240.2億噸，占排放總量的44.7%。廢水排放居于前四位的行業(yè)依次為造紙、化工、電力和紡織。這四個(gè)行業(yè)排放的廢水占重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)企業(yè)廢水排放量的53.9%。水體污染不僅破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，而且造成水質(zhì)性缺水，使工農(nóng)業(yè)、生活受到嚴(yán)重的影響，也嚴(yán)重威脅到我們?nèi)祟惖慕】?。因此，?duì)廢水采取經(jīng)濟(jì)的綜合治理，使之達(dá)到國(guó)家污水的排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格治理水體污染，減輕環(huán)境壓力，無疑成為社會(huì)一個(gè)亟需解決的問題。印染、制革廢水是水體污染的重要組成部分，造紙、紡織業(yè)在生產(chǎn)過程中排放大量污水，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，給人們生活、生產(chǎn)帶來極大的危害。印染廢水主要來源于加工過程中的漂染、印花、整理等工藝，多重工藝造成印染廢水成分復(fù)雜，污染源眾多，部分的企業(yè)沒有按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)排放污水，造成環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。印染、制革廢水中大多含有水溶性的有機(jī)染料，如活性染料、陰離子染料、酸性染料等，甚至?xí)兄亟饘匐x子。目前，對(duì)于水體污染的處理方法有很多，主要是物理化學(xué)吸附?，F(xiàn)階段不少吸附染料的材料都具有良好的吸附性能，然而這類吸附劑存在著很多顯著的缺陷：（1）制備工藝復(fù)雜；（2）原材料成本高；（3）易造成環(huán)境二次污染；（4）吸附對(duì)象單一，不具備多效功能，增加污水處理成本。而能夠同時(shí)吸附有機(jī)染料和重金屬離子的研究也未見報(bào)。尋找一種高效環(huán)保、可同時(shí)吸附印染廢水中的有機(jī)染料以及重金屬離子，且價(jià)格低廉的吸附劑，對(duì)治理水污染有更廣泛的實(shí)際應(yīng)用意義，同時(shí)具有廣闊的市場(chǎng)。我國(guó)制糖工業(yè)發(fā)達(dá)，甘蔗作為一種主要的制糖原料，每年都會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物甘蔗渣。甘蔗渣是一種多糖纖維結(jié)構(gòu)，疏松多孔可作為吸附劑使用，但是甘蔗渣成分較復(fù)雜，直接作為吸附劑，其吸附能力不佳，因此需要對(duì)甘蔗渣進(jìn)行改性，使其可以變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源的再利用，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。因此高產(chǎn)量、可修飾性強(qiáng)的農(nóng)業(yè)廢棄物甘蔗渣成了一個(gè)比較佳的選擇。本實(shí)驗(yàn)使用廢棄的甘蔗渣作為原料，制備一種可以同時(shí)吸附有機(jī)染料（伊紅）和重金屬離子（Cu2+、Cr3+）的多效吸附劑，有利于吸附處理印染、制革污水的多重成分，改善污水處理過程中多次處理、分類處理的繁瑣工藝狀況，節(jié)約生產(chǎn)成本，有利于經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，改善水體生態(tài)環(huán)境。二、 作品撰寫基本思路國(guó)內(nèi)外對(duì)廢水治理的研究已取得了較大的進(jìn)展，但是印染廢水和制革廢水的處理仍然是個(gè)棘手的難題，這些廢水里既含有重金屬離子，又含有染料等大量有機(jī)污染物，可同時(shí)吸附有機(jī)染料以及重金屬離子吸附劑的研究的相關(guān)文獻(xiàn)資料尚未見報(bào)道。我國(guó)是印染大國(guó)，特別是在珠三角地區(qū)，印染業(yè)是重要的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一，印染工業(yè)產(chǎn)生大量含有有機(jī)染料以及重金屬離子的廢水，為了降低染料廢水綜合治理的成本，研究一種可以同時(shí)吸附有機(jī)染料以及重金屬離子的吸附劑將會(huì)是一種有效的手段。甘蔗是制糖的主要原料，工業(yè)生產(chǎn)每年都產(chǎn)生數(shù)以億萬噸的廢棄甘蔗渣。廢棄的甘蔗渣雖然可以用來生產(chǎn)紙張、做動(dòng)物的飼料等，但是附加值低?，F(xiàn)階段對(duì)甘蔗渣的研究表明，甘蔗渣在吸附性能方面有較好的前景。甘蔗渣對(duì)水體有一定的增肥能力，對(duì)部分有機(jī)染料和金屬離子有輕微的吸附作用，在吸附性能方面。因此，以甘蔗渣為原料制備一種廉價(jià)易得、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、可同時(shí)吸附印染廢水中的有機(jī)染料以及重金屬離子的吸附劑無疑是較優(yōu)的選擇。甘蔗渣對(duì)染料以及金屬離子具有一定的吸附能力，但這能力不顯著?；诖?，我們必須對(duì)其進(jìn)行化學(xué)修飾，使其吸附能力得到顯著提高，從而可大規(guī)模的應(yīng)用于工業(yè)廢水如印染廢水、制革廢水的治理中，促進(jìn)甘蔗渣吸附劑的商品化。本實(shí)驗(yàn)研究了改性甘蔗渣在不同的pH、溫度、染料/重金屬的初始濃度的吸附性能，從而得出改性甘蔗渣的最佳吸附條件。 甘蔗渣吸附實(shí)驗(yàn)的吸附機(jī)制屬于物理吸附。1.改性甘蔗渣形成了布滿陽性離子NH4+的表面，根據(jù)異性電荷間有較強(qiáng)相吸能力的原理，改性甘蔗渣對(duì)表面顯陰性的染料伊紅將會(huì)有較強(qiáng)的吸附性能；2.處理含有重金屬離子的溶液時(shí)，改性甘蔗渣與重金屬離子之間發(fā)生螯合反應(yīng)，除去重金屬離子； 整個(gè)研究主要包括三個(gè)部分：1.甘蔗渣廢棄物的預(yù)處理及其改性2.甘蔗渣以及改性甘蔗渣的結(jié)構(gòu)表征3.吸附實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)步驟如下：1.甘蔗渣的預(yù)處理。將新鮮甘蔗渣用水浸泡至不含糖分，然后在105 下，干燥約12 ，攪拌機(jī)攪碎，研磨成細(xì)粉，過篩備用；2.改性甘蔗渣的合成。取經(jīng)過預(yù)處理的一定量甘蔗渣，用2NaOH溶液攪拌過夜。抽濾，用無水乙醇洗至中性，取上述濾渣，加入500 L的三口圓底燒瓶中，滴加10 L環(huán)氧氯丙烷，加入2的NaOH溶液，40 下反應(yīng)約24 ，繼續(xù)滴加四乙烯五胺10 L，反應(yīng)約24 ；抽濾，用無水乙醇洗至中性，55 下干燥約24 ； 實(shí)驗(yàn)原理：甘蔗渣的主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，結(jié)構(gòu)中含有大量的羧基COOH和羥基OH，在堿性條件下，加入環(huán)氧氯丙烷，含有纖維素等成分的甘蔗渣被活化，環(huán)氧氯丙烷開環(huán)，引入四乙烯五胺NH2(CH2CH2NH)3CH2CH2NH2，在堿性條件開環(huán)的情況下，NH2(CH2CH2NH)3CH2CH2NH2接枝到甘蔗渣表面，使甘蔗渣表面顯陽性，從而對(duì)酸性、顯陰性的離子如有機(jī)染料伊紅有較好的吸附能力。3.結(jié)構(gòu)表征。使用溴化鉀壓片法，測(cè)改性前后的甘蔗渣的紅外譜圖，研究改性前后甘蔗渣表面的結(jié)構(gòu)差異。4.吸附實(shí)驗(yàn)1）做預(yù)實(shí)驗(yàn)：初步斷定實(shí)驗(yàn)的可行性，預(yù)測(cè)較佳的吸附劑的量；2）甘蔗渣吸附染料伊紅溶液的實(shí)驗(yàn)分別研究吸附劑的用量、pH、吸附時(shí)間、樣品初始濃度對(duì)甘蔗渣吸附性能的影響；3）甘蔗渣吸附含重金屬離子溶液的實(shí)驗(yàn)分別研究pH和吸附時(shí)間對(duì)甘蔗渣吸附性能的影響作品的科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處在印染行業(yè)的污水治理中，主要方法有：1.物理絮凝沉淀法（對(duì)活性、酸性等小分子的水溶性染料的脫色效率較差）2.電化學(xué)法（雖然對(duì)活性、酸性染料的吸附性能較好，但是消耗電能較大，生產(chǎn)成本高，使用不方便）3.催化氧化法（選擇性較差或幾乎沒有，不但成本高，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響）4.生物活性碳法（運(yùn)行管理比較復(fù)雜、處理程度很難加以控制，而且活性炭?jī)r(jià)格昂貴、吸附容量小，在使用上受到較大的限制，活性炭與微生物聯(lián)合起來使用，雖然吸附量得到了一定的提高，但與成本的提高程度相互對(duì)比，是不足一提的）5.吸附法（多使用活性炭、硅聚物、工業(yè)爐渣作為吸附劑的原料，對(duì)多種染料廢水具有良好的脫色效果，但是費(fèi)用相對(duì)較高）。目前，處理印染廢水多使用吸附法，但是成本比較高，很難得到廣泛普及。研究開發(fā)一種高效低成本的吸附劑是吸附法研究的趨勢(shì)，考慮到環(huán)境保護(hù)問題，還要求吸附劑必須是環(huán)境友好型、生物可降解的材料。在我國(guó)（尤其在南方地區(qū)，如廣東省、海南省），甘蔗渣產(chǎn)量大，廉價(jià)易得，具有生物可降解性，不造成二次污染。使用甘蔗渣做改性吸附劑的原料，不僅可以大大減低制作成本，同時(shí)也可以成為廢棄甘蔗渣有效再利用的新途徑。本作品所研究的新型吸附劑，以環(huán)保型的農(nóng)業(yè)廢棄物甘蔗渣和價(jià)格便宜的四乙烯五胺作為原料，通過加入幾乎沒有毒性的而且也較廉價(jià)的環(huán)氧氯丙烷，使四乙烯五胺上的氨基接枝到甘蔗渣表面，制備成一種廉價(jià)易得、能夠?qū)τ∪緩U水進(jìn)行綜合治理的新型環(huán)保吸附劑。相對(duì)于目前吸附劑較多存在吸附對(duì)象單一，儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、使用不方便，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高的現(xiàn)狀，易造成二次污染的現(xiàn)狀。本實(shí)驗(yàn)研究的吸附劑具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.改性甘蔗渣的吸附對(duì)象為印染廢水和制革廢水，有利于改善工業(yè)上污水處理的多次處理，分類處理的狀況，顯著降低生產(chǎn)成本；2.該吸附劑所采用的原料為農(nóng)業(yè)廢棄物，分布極廣，在原料上大大降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)可作為廢棄物循環(huán)再用的新途徑，有利于資源再利用；3.吸附劑的合成工藝簡(jiǎn)單，使用方便，可推廣性強(qiáng)；4.該改性甘蔗渣吸附劑是一種環(huán)境友好型、不帶來二次污染的吸附材料，體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念。本研究所得到的改性甘蔗渣吸附劑在脫色以及去除重金屬離子的治理中，具備高效、環(huán)保、可同時(shí)吸附印染廢水中的有機(jī)染料以及重金屬離子等優(yōu)勢(shì)，是治理印染廢水最佳的選擇。作品的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義. 可同時(shí)處理處理高濃度的印染廢水和制革廢水等工業(yè)廢水以及含重金屬離子的實(shí)驗(yàn)廢水。. 原料是農(nóng)業(yè)的廢棄物甘蔗渣，成本低廉、環(huán)保節(jié)能。. 吸附劑的合成工藝比較簡(jiǎn)單，制備成本較低，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力.改性后甘蔗渣的吸附性能比改性前的甘蔗渣有具有很大的提高。學(xué)術(shù)論文文摘摘要：多年來印染廢水和制革廢水的處理一直是個(gè)難題。制備廉價(jià)易得、吸附性能優(yōu)異的吸附材料是治理這類廢水的理想手段。本研究通過環(huán)氧氯丙烷的開環(huán)引入四乙烯五胺對(duì)處理過的甘蔗渣（sugarcane bagasse，SB）進(jìn)行改性，制備成對(duì)有機(jī)染料伊紅和重金屬離子Cu、Cr有較強(qiáng)吸附性能的吸附劑，并對(duì)甘蔗渣和改性的甘蔗渣（modified sugarcane bagasse，MSB）的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了紅外光譜表征。分別探討了吸附有機(jī)染料伊紅以及吸附重金屬離子Cu、Cr的吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線，研究了樣品的初始濃度、pH、溫度等因素對(duì)吸附的影響。結(jié)果表明，當(dāng)溶液pH為時(shí)，MSB對(duì)有機(jī)染料伊紅的吸附量比SB提高了倍，對(duì)重金屬離子Cu、Cr的吸附量也大大強(qiáng)于SB，反映MSB是一種吸附性能優(yōu)異的吸附劑，適用于治理印染廢水和制革廢水。關(guān)鍵詞：改性甘蔗渣環(huán)氧氯丙烷四乙烯五胺吸附有機(jī)染料重金屬離子Study of preparation of an excellent absorbent using sugarcane bagasse as material and their applicationsAbstract: Tannery wastewater printing and dyeing wastewater is a powerful pollutant.It can cause severe environmental problems related to its high chemical oxygen demand (COD) together with elevated chrome concentration and deep colour content . In this study, in order to obtain an excellent absorbent with high absorption capability, rich in raw materials and inexpensive, sugarcane bagasse was modified to absorb heavy metal ion and dye.In this study, we use discarded sugarcane bagasse(SB) as raw material, through the introducing of Epichlorohydrine and Tetraethylenepentamine, we has the treated Sugarcane Bagasse modificated .As a result ,we obtain an absorbent that is doubling absorbability of organic dye Eosin and heavy metal ion Cu2+、Cr3+. In the meantime, the structure of the SB and MSB are characterized by IR. The effect factors of absorbability of the SB and the MSB, such as pH , concentration ,temperature and so on were discussed. Based on the study results, it is concluded that the absorbability of MSB is far more superior to SB,and MSB is a kind of efficient biosorbent for treating with the organic dye Eosin and heavy metal ion Cu2+、Cr3+.Key words:ModificationSugarcane Bagasse(MSB), Epichlorohydrine，Thetetraethylenepentamine, absorben，organic dye, heavy metal ion 作品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的會(huì)議上或報(bào)刊上發(fā)表及所獲獎(jiǎng)勵(lì)于2011年3月獲華南農(nóng)業(yè)大學(xué)“丁穎杯”競(jìng)賽特等獎(jiǎng)鑒定結(jié)果請(qǐng)?zhí)峁?duì)于理解、審查、評(píng)價(jià)所申報(bào)作品具有參考價(jià)值的現(xiàn)有技術(shù)及技術(shù)文獻(xiàn)的檢索目錄 胥維昌.染料行業(yè)廢水處理現(xiàn)狀和展望(J)，燃料和染色，2002年06期 Song, Z., Williams, C. J., & Edyvean, R. G. J. (2000). Sedimentation of tannery wastewater. Water Research, 34, 2171-2176. Crini, G. (2006). Non-conventional low-cost adsorbentsfor dye removal: A review. 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Adsorption of Cu(II), Cd(II), and Pb(II) from aqueous single metal solutions by mercerized cellulose and mercerized sugarcane bagasse chemically modified with EDTA dianhydride (EDTAD). Carbohydrate Polymers, 77, 643-650. Mall, I. D., Srivastava, V. C., & Agarwal, N. K. (2006). Removal of Orange-G and Methyl Violet dyes by adsorption onto bagasse fly ashdkinetic study and equilibrium isotherm analyses. Dyes and Pigments, 69, 210-223. Gurgel, L. V. A., Freitas, R. Pd., & Gil, L. F. (2008). Adsorption of Cu(II), Cd(II), and Pb(II) from aqueous single metal solutions by sugarcane bagasse and mercerized sugarcane bagasse chemically modied with succinic anhydride. Carbohydrate Polymers, 74, 922-929. 王正熙。聚合物紅外光譜分析M。四川大學(xué)出版社（1989） 張慶樂，張文平，黨光耀，秦琨，唐心強(qiáng).玉米芯對(duì)廢水重金屬的吸附機(jī)制及影響因素（J），污染防治技術(shù)，2008年10月，第21卷第5期申報(bào)材料清單（申報(bào)論文一篇，相關(guān)資料名稱及數(shù)量）1. 前言眾所周知，印染廢水和制革廢水非常難處理1.2（因其中大量的有機(jī)污染物通常需用活性污泥等微生物處理，而里面含有鉻等重金屬離子，會(huì)殺死微生物），其中最常見的金屬離子是鉻。若能制備對(duì)染料和金屬離子都有較高吸附能力的吸附劑，它們將有很好應(yīng)用前景，而使用成本低廉來源廣泛的且具有生物可降解性的天然高分子材料制備被吸附劑是目前研究的熱點(diǎn)也是未來環(huán)保領(lǐng)域的趨勢(shì)3。甘蔗渣是大量存在的廢棄物，目前利用效率不高，獲得的經(jīng)濟(jì)效益不高，若能將其改性成能夠處理印染廢水的優(yōu)良吸附劑，就可化廢為寶。目前，工業(yè)生產(chǎn)中，染料廢水的去除方法主要有活性碳吸附法、絮凝法、膜分離法、生物膜法、氧化和臭氧法等，但這些方法不是吸附率較低，就是制備成本較高，而且容易帶來二次污染。大量文獻(xiàn)報(bào)道了甘蔗渣及其衍生物4-13因具有豐富的毛細(xì)管，對(duì)金屬離子的吸附，效果較好。但對(duì)染料吸附能力較弱，可能原因是甘蔗渣表面為中性，與染料分子的不能有效結(jié)合，若能通過簡(jiǎn)單改性，獲得對(duì)染料和重金屬離子有較高吸附率的吸附劑，無疑將給這類廢水的處理帶來便利。本實(shí)驗(yàn)通過在甘蔗渣中引入四乙烯五胺，制備表面具有大量陽離子氨基的改性甘蔗渣，從而獲得一種廉價(jià)易得、高效的、可以同時(shí)較好地吸附有機(jī)污染物（以染料伊紅為模擬物）和重金屬離子（以Cu2+、Cr3+離子為模擬物）的改性甘蔗渣吸附劑，用來處理廢水。并對(duì)甘蔗渣和改性甘蔗渣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了紅外光譜表征，且分別探討了吸附有機(jī)染料伊紅以及吸附重金屬離子Cu2+、Cr3+的吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線，研究了溶液的pH等因素對(duì)吸附的影響。2. 實(shí)驗(yàn)部分對(duì)有機(jī)染料伊紅的吸附實(shí)驗(yàn)量取20 mL伊紅溶液于50 mL塑料瓶中，加入一定量的吸附劑后，置于恒溫振蕩器內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度，轉(zhuǎn)速為200 r/min震蕩吸附一定時(shí)間后取出樣品，過濾取清液。用2300紫外分光光度計(jì)，以蒸餾水為空白，在最大吸收波長(zhǎng) max=516.5 nm處檢測(cè)待測(cè)溶液的吸光度。對(duì)重金屬離子的吸附實(shí)驗(yàn) Cu2+離子：量取25 mLCuSO4溶液于50 ml塑料瓶中，加入0.01 g吸附劑后，置于恒溫振蕩器內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度，轉(zhuǎn)速為200 r/min,震蕩吸附一定時(shí)間后取出塑料瓶，過濾取清液，用原子吸收光譜法測(cè)定濾液中重金屬離子的含量。Cr3+離子：方法同上。3. 結(jié)果與討論SB和MSB的紅外譜圖下圖為SB和MSB的FT-IR的譜圖，紅外光譜法是表征一種物質(zhì)最直接的方法。從以下譜圖中可以明顯看出，跟SB對(duì)比，MSB譜圖的雜峰較少，在1654.74 cm-1和1425.40 cm-1處有明顯的吸收峰，這兩處是酰胺鍵特有的吸收帶，還有在666.49 cm-1處有一個(gè)很強(qiáng)的吸收峰出現(xiàn)，這些吸收峰都表明在MSB上存在酰胺鍵14。吸附伊紅溶液時(shí)：pH值對(duì)吸附材料的影響吸附實(shí)驗(yàn)中，pH值是對(duì)吸附性能影響較大的一個(gè)條件。在伊紅溶液濃度為200 mg/ml，吸附劑用量為0.02 g，吸附溫度為25 ，吸附時(shí)間為6 h的條件下，初始pH對(duì)伊紅吸附量的影響如圖2所示。從圖2可以看出，未改性甘蔗渣對(duì)伊紅的吸附量在較低的水平，且受pH值的影響不大。pH值對(duì)改性甘蔗渣吸附伊紅的能力有較大影響。pH值為6時(shí)，伊紅的吸附量最大，在pH值710，隨著pH的升高，伊紅的吸附量有較大幅度的下降，可見弱酸性的環(huán)境條件有利于改性甘蔗渣對(duì)伊紅的吸附，因此，在實(shí)際操作中，以pH值6為最佳吸附pH值，此時(shí)MSB對(duì)伊紅的吸附量是甘蔗渣原料的19倍。吸附劑的用量對(duì)吸附的影響為了在實(shí)際治理印染廢水的應(yīng)用中既可以做到使有機(jī)染料的去除率達(dá)到最大，又做到使用的吸附材料達(dá)到最經(jīng)濟(jì)，因此我們研究了吸附劑的用量對(duì)吸附性能的影響。具體研究方案為：1.配制250 L濃度為200 L的伊紅溶液，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)值至6。2.分別準(zhǔn)確稱取甘蔗渣和改性甘蔗渣各3份。3.準(zhǔn)確量取20 L伊紅溶液于50 L的塑料瓶中，做好標(biāo)志，并將對(duì)應(yīng)的吸附劑材料加入到相應(yīng)的塑料瓶中。4.將塑料瓶放入恒溫震蕩器內(nèi)，設(shè)定溫度為25 ,轉(zhuǎn)速為200 rpm.恒溫吸附2 后取出，過濾，取過濾清液。5.用2300紫外分光光度計(jì)，以蒸餾水為空白，在最大吸收波長(zhǎng) max=516.5 nm處測(cè)待測(cè)溶液的吸光度。6.整理數(shù)據(jù)，作圖如下從上圖明顯可以看出MSB吸附劑的用量對(duì)吸附的影響很大，可以看成是呈一次線性的關(guān)系。然而，SB的投入量的多少對(duì)吸附的效果幾乎沒有產(chǎn)生什么影響，其吸附能力很容易得到飽和?？梢妼?duì)甘蔗渣進(jìn)行改性后的吸附劑在治理印染廢水中的活性、酸性、顯陰性等的有機(jī)染料將會(huì)有很好的應(yīng)用前景。吸附重金屬Cr3+時(shí)：pH值對(duì)Cr3+吸附的影響 以MSB為吸附劑，改變?nèi)芤旱膒H值，探討pH值對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果如圖10所示。試驗(yàn)表明，pH值對(duì)吸附效果有著顯著的影響。從圖中明顯可以看出MSB對(duì)重金屬Cr3+的吸附能力隨pH值的增大而增強(qiáng)，當(dāng)pH值為5時(shí)，達(dá)到最大值，可見弱酸性的環(huán)境條件有利于改性甘蔗渣對(duì)Cr3+的吸附。但是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，改性甘蔗渣對(duì)Cr3+的吸附?jīng)]有達(dá)到一個(gè)比較理想的效果，還需要做進(jìn)一步的研究。圖10詳細(xì)論文另附。科研管理部門簽章 年 月 日 C.當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類課題研究水平概述 說明：1.申報(bào)者可根據(jù)作品類別和情況填寫； 2.填寫此欄有助于評(píng)審。國(guó)內(nèi)外對(duì)廢水治理的研究已取得了較大的進(jìn)展。目前，工業(yè)生產(chǎn)中，印染廢水的處理方法主要有活性碳吸附法、絮凝法、膜分離法、生物膜法、氧化和臭氧法等，但以上方法都存在吸附率較低、制備成本較高的缺點(diǎn)，不能推廣使用?；跉ぞ厶堑耐茝V，不少研究人員開展以殼聚糖及其衍生物進(jìn)行吸附試驗(yàn)的研究。殼聚糖的來源雖廣，但制作工藝較麻煩。為此，人們開始尋找一種廉價(jià)易得且具高效吸附力的吸附劑來處理廢水。一些農(nóng)產(chǎn)品廢棄物具有吸附劑的作用，近年來，利用農(nóng)產(chǎn)品廢棄物作為原料，制備改性吸附劑用來處理廢水的研究文獻(xiàn)已陸續(xù)被出現(xiàn)。例如：1熊佰煉等人研究的甘蔗渣處理重金屬廢水的研究進(jìn)展，其研究結(jié)果為蔗渣吸附陽離子的最適pH為5-10，甘蔗渣的吸附反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)等。2.張慶樂等人研究的玉米芯對(duì)廢水重金屬的吸附機(jī)制及其影響因素。其結(jié)果為不同地點(diǎn)的玉米芯的吸附性能是有一定的差異的。印染廢水和制革廢水的處理仍然是個(gè)棘手的難題，這些廢水里通常含有重金屬離子和染料等大量有機(jī)污染物，可同時(shí)吸附有機(jī)染料以及重金屬離子吸附劑的研究的相關(guān)文獻(xiàn)資料尚未見報(bào)道。我國(guó)是印染大國(guó)，特別是在珠三角地區(qū)，印染業(yè)是重要的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一，印染工業(yè)產(chǎn)生大量含有有機(jī)染料以及重金屬離子的廢水，為了降低染料廢水綜合治理的成本，研究一種可以同時(shí)吸附有機(jī)染料以及重金屬離子的吸附劑將會(huì)是一種有效的手段。 以廢棄農(nóng)作物甘蔗渣作為吸附劑的原料，利用四乙烯五胺對(duì)其進(jìn)行改性后用于廢水處理，可以很好地處理印染廢水和制革廢水。D.推薦者情況及對(duì)作品的說明說明：1由推薦者本人填寫；2推薦者必須具有高級(jí)專業(yè)技術(shù)職稱，并是與申報(bào)作品相同或相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者或?qū)I(yè)技術(shù)人員（教研組 集體推薦亦可）；3推薦者填寫此部分，即視為同意推薦；4推薦者所在單位簽章僅被視為對(duì)推薦者身份的確認(rèn)。推薦者情況姓 名吳啟堂性別男年齡49職稱教授、博導(dǎo)工作單位華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院通訊地址華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院郵政編碼510642單位電宅電話推薦者所在單位簽章 （簽章） 年 月 日請(qǐng)對(duì)申報(bào)者申報(bào)情況的真實(shí)性作出闡述申請(qǐng)情況屬實(shí)。請(qǐng)對(duì)作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景作出您的評(píng)價(jià)該實(shí)驗(yàn)以甘蔗渣為原料，通過在表面接枝大量的氨基，制備對(duì)印染廢水和制革廢水具有理想吸附性能的高效吸附劑，可以同時(shí)處理含有有機(jī)染料和重金屬離子的難已處理的工業(yè)廢水，思路新穎獨(dú)特。同時(shí)，甘蔗渣是農(nóng)業(yè)廢棄物，變廢為寶，成本低廉，具有生物可降解性，有利于環(huán)境經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。其它說明推薦者情況姓 名廖宗文性別男年齡64職稱教授、博導(dǎo)工作單位華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院通訊地址華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院郵政編碼510642單位電宅電話推薦者所在單位簽章 （簽章） 年 月 日請(qǐng)對(duì)申報(bào)者申報(bào)情況的真實(shí)性作出闡述申報(bào)情況屬實(shí)。請(qǐng)對(duì)作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景作出您的評(píng)價(jià)我國(guó)紡織印染行業(yè)發(fā)達(dá)，廢水對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，針對(duì)目前吸附劑普遍存在價(jià)格高，吸附效果有限等問題，本實(shí)驗(yàn)探討了以廉價(jià)的廢棄甘蔗渣為原料，通過改性，制備對(duì)印染廢水和制革廢水具有優(yōu)異的的性能的吸附劑。改吸附劑具有高效環(huán)保，制備工藝簡(jiǎn)單價(jià)格低廉等特點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。其它說明學(xué)校組織協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)確認(rèn)并蓋章 （團(tuán)委代章） 年 月 日 校主管領(lǐng)導(dǎo)或校主管部門確認(rèn)蓋章 年 月 日E大賽組織委員會(huì)秘書處資格和形式審查意見組委會(huì)秘書處資格審查意見 審查人（簽名） 年 月 日組委會(huì)秘書處形式審查意見 審查人（簽名） 年 月 日組委會(huì)秘書處審查結(jié)果合格 不合格 負(fù)責(zé)人（簽名） 年 月 日F參賽作品打印處以甘蔗渣為原料制備高性能吸附劑及其應(yīng)用研究 何連芳 陳翠錦（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院制藥工程系）摘要：多年來印染廢水和制革廢水的處理一直是個(gè)難題。制備廉價(jià)易得，吸附性能優(yōu)異的吸附材料是治理廢水的理想手段。本研究通過環(huán)氧氯丙烷的開環(huán)引入四乙烯五胺對(duì)處理過的甘蔗渣（sugarcane bagasse，SB）進(jìn)行改性，制備成對(duì)有機(jī)染料伊紅和重金屬離子Cu、Cr3+有較強(qiáng)吸附能力的吸附劑，并對(duì)甘蔗渣和改性的甘蔗渣（modified sugarcane bagasse，MSB）的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了紅外光譜表征。分別探討了吸附有機(jī)染料伊紅以及吸附重金屬離子Cu、Cr3+的吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線，研究了樣品的初始濃度、pH、溫度等因素對(duì)吸附的影響。結(jié)果表明，當(dāng)溶液pH為6時(shí)，MSB對(duì)有機(jī)染料伊紅的吸附量比SB提高了18倍，對(duì)金屬Cu2+ 、Cr3+的吸附量也大大強(qiáng)于SB，反映了MSB是一種吸附性能優(yōu)異的吸附劑，適用于處理印染、電鍍等廢水的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：改性甘蔗渣 環(huán)氧氯丙烷 四乙烯五胺 吸附 有機(jī)染料 重金屬離子Study of preparation and applications of an excellent absorbent using sugarcane bagasse Abstract: Tannery wastewater printing and dyeing wastewater is a powerful pollutant. It can cause severe environmental problems related to its high chemical oxygen demand (COD) together with elevated chrome concentration and deep colour content .In this study, in order to obtain an excellent absorbent with high absorption capability, rich in raw materials and inexpensive, sugarcane bagasse was modified to absorb heavy metal ion and dye.In this study, we use discarded sugarcane bagasse(SB) as raw material , through the introducing of Epichlorohydrine and Tetraethylenepentamine /TEPA, we has the treated Sugarcane Bagasse modificated. As a result, we obtain an absorbent that is doubling absorbability of organic dye Eosin and heavy metal ion Cu2+、Cr3+. In the meantime, we have both the structure characterizations of the Sugarcane Bagasse (SB) and the Modified Sugarcane Bagasse (MSB) carried on the Infrared Spectrum (IS). We also discuss the influncing factors of absorbability of the SB and the MSB, such as pH, concentration , temperature and so on . Based on the study results, it is concluded that the absorbability of MSB is far more superior to SB, and MSB is a kind of efficient biosorbent for treating with the organic dye Eosin and heavy metal ion Cu2+、Cr3+.Key words:MSB , Epichlorohydrine，Thetetraethylenepentamine, absorbent，organic dye , heavy metal 1. 前言眾所周知，印染廢水和制革廢水非常難處理1.2（因其中大量的有機(jī)污染物通常需用活性污泥等微生物處理，而里面含有鉻等重金屬離子，會(huì)殺死微生物），其中最常見的金屬離子是鉻！若能用對(duì)染料和金屬離子都有很好吸附能力的材料，通過吸附處理，就很有應(yīng)用前景，若是能利用低成本的材料就更好了3。甘蔗渣是大量存在的廢棄物，浪費(fèi)可惜，目前利用效率不高，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益不高，若將其做成對(duì)付印染廢水的吸附劑，就找到了好路子。目前，工業(yè)生產(chǎn)中，染料廢水的去除方法主要有活性碳吸附法、絮凝法、膜分離法、生物膜法、氧化和臭氧法等，但這些方法不是吸附率較低，就是制備成本較高，而且容易帶來二次污染，這些因素使之不能推廣使用。大量文獻(xiàn)報(bào)道了甘蔗渣及其衍生物4-13因具有豐富的毛細(xì)管，對(duì)金屬離子的吸附，效果還是不錯(cuò)的。但對(duì)染料吸附不是太好，可能原因是甘蔗渣表面的基團(tuán)與染料的不能有效的結(jié)合，若能通過簡(jiǎn)單改性，獲得對(duì)染料和重金屬離子有較高吸附率的吸附劑，無疑將給這類廢水的處理帶來便利。本實(shí)驗(yàn)通過在甘蔗渣中引入四乙烯五胺，制備表面具有大量陽離子氨基的改性甘蔗渣，從而獲得一種廉價(jià)易得、高效的、可以同時(shí)較好地吸附有機(jī)污染物（以染料伊紅為模擬物）和重金屬離子（以Cu2+、Cr3+離子為模擬物）的改性甘蔗渣吸附劑，用來處理廢水。并對(duì)甘蔗渣和改性甘蔗渣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了紅外光譜表征，且分別探討了吸附有機(jī)染料伊紅以及吸附重金屬離子Cu、Cr3+的吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線，研究了溶液的pH等因素對(duì)吸附的影響。2. 實(shí)驗(yàn)2.1材料廢棄甘蔗渣 ; 伊紅,上海Hebaochem Co.LTD;無水乙醇 AR,天津市大茂化學(xué)試劑廠;氫氧化鈉 AR，天津市大茂化學(xué)試劑廠；四乙烯五胺 AR，天津市福茂化學(xué)試劑廠；環(huán)氧氯丙烷 AR，天津市大茂化學(xué)試劑廠；2.2甘蔗渣原料的處理與改性2.2.1原料處理 把廢棄的甘蔗渣置于蒸餾水中浸泡48 h，間歇換水，以去除蔗渣中的糖分。在陽光下曬干后，轉(zhuǎn)至烘箱中105 烘干24 h，粉碎過60目篩備用。2.2.2改性甘蔗渣的制備稱取5 g甘蔗渣于2%NaOH溶液中，攪拌過夜，得到溶脹后的甘蔗渣。將其轉(zhuǎn)移到三口瓶中，以2%NaOH為溶劑，加入10 mL環(huán)氧氯丙烷，40 恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)24 h。繼續(xù)向反應(yīng)體系中加入與環(huán)氧氯丙烷等量的四乙烯五胺，恒溫反應(yīng)24 h，用無水乙醇洗至中性，抽濾烘干，即得到產(chǎn)品。2.3結(jié)構(gòu)表征使用Nicolet 6700傅立葉變換紅外光譜儀，以溴化鉀壓片法，測(cè)定甘蔗渣（SB）及改性甘蔗渣（MSB）的紅外光譜，掃描波數(shù)為4000 cm-1400 cm-1。2.4吸附實(shí)驗(yàn)2.4.1對(duì)有機(jī)染料伊紅的吸附實(shí)驗(yàn)量取20 mL伊紅溶液于50 mL塑料瓶中，加入一定量的吸附劑后，置于恒溫振蕩器內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度，轉(zhuǎn)速為200 r/min震蕩吸附一定時(shí)間后取出樣品，過濾取清液。用2300紫外分光光度計(jì)，以蒸餾水為空白，在最大吸收波長(zhǎng) max=516.5 nm處測(cè)待測(cè)溶液的吸光度。2.4.2對(duì)Cu2+、Cr 3+的吸附實(shí)驗(yàn) 量取25 ml CuSO4溶液于50 ml塑料瓶中，加入0.01 g吸附劑后，置于恒溫振蕩器內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度，轉(zhuǎn)速為200 r/min,震蕩吸附一定時(shí)間后取出塑料瓶，過濾取清液，用原子吸收光譜法測(cè)定濾液中重金屬離子Cu2+的含量。同法進(jìn)行對(duì)重金屬離子Cr3+的吸附實(shí)驗(yàn)。計(jì)算吸收率E0。E0=(C0-C1)/C0100%上式中：E0為吸附率；C0為吸附前溶液中重金屬的濃度；C1為吸附后溶液中重金屬的濃度3. 結(jié)果與討論3.1紅外光譜特征分析圖1 為SB和MSB的FT-IR的譜圖，紅外光譜法是表征一種物質(zhì)最直接的方法。從以下譜圖中可以明顯看出，跟SB對(duì)比，MSB譜圖雜峰較少，在1651.28 cm-1和1425.40 cm-1處有明顯的吸收峰，這兩處是酰胺鍵特有的吸收帶，還有在666.49 cm-1處有一個(gè)較強(qiáng)的吸收峰出現(xiàn)，這些吸收峰都表明在MSB上存在酰胺鍵14。圖1 FT-IR圖譜SB和MSB3.2吸附實(shí)驗(yàn)的影響因素3.2.1 吸附伊紅的實(shí)驗(yàn)條件的分析3.2.1.1 pH對(duì)吸附的影響在伊紅溶液濃度為200 mg/mL，吸附劑用量為0.02 g，吸附溫度為25 ，吸附時(shí)間為6 h的條件下，紫外分光光度計(jì)測(cè)定溶液中剩余染料的濃度，初始pH對(duì)伊紅吸附量的影響如圖2所示。從圖2可以看出，SB對(duì)伊紅的吸附能力受pH值影響不大，總體保持在較低的水平，pH值為7時(shí)，吸附效果為最佳。MSB對(duì)伊紅的吸