生物炭去除溶液中氟离子的研究进展与应用前景开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1.本课题的研究意义

氟离子作为工业废水中的常见污染物，当溶液中的氟离子超标时，人接触这种超标的溶液时会对人体健康产生一些危害；同时对长时间浸泡、接触含超量氟离子溶液的工作设备和科研仪器也会形成不同程度的损害。本课题通过研究生物炭对溶液中氟离子的去除的机理作用、不同生物炭对溶液中去除氟离子的作用效果的研究以及如何大规模投入使用的研究，来有效的去除溶液中的氟离子，降低其对现实生活中的危害，并获得去除溶液中氟离子的最简洁、最经济、最环保的方法。最终，将该种去除氟离子的方法，运用到实际中。

2.国内外研究概况

2. 研究的基本内容和问题

1.研究的目标

通过对生物炭功能和对阴离子去除潜力的研究以及不同类型生物炭修复的效果，了解生物炭是否适应于修复溶液中的氟离子以及修复效果、作用机理等，最终应用到实际的污染去除中。

2.研究的内容

3. 研究的方法与方案

1.研究方法、技术路线、实验方案

参考目前已有的生物炭对溶液中苯酚去除方法的研究，来作为去除氟离子的初步方法。

首先准备粉碎机马弗炉、水浴恒温振荡器、紫外可见分光光度计、发射扫描电子显微镜等实验器材，同时准备玉米芯、秸秆、含氟离子的工业废水等实验材料。然后将玉米芯、秸秆等生物质原材料清洗晾干后放入烘箱中烘干。粉碎后置于马弗炉中, 以2℃/min的升温速率升至目标温度, 随后保持2h，冷却后取出, 研磨过100目筛, 储存于干燥器中备用。目标温度300, 400, 500℃下制备的生物炭试样分别标记。称取试样, 分别加入配置好的20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 mg/l的含氟溶液20 m l于50 m l具塞三角瓶中, 在25℃恒温水浴振荡箱中以150r/min振荡3 h以达到吸附平衡状态, 过0.45μm微孔滤膜, 在270 nm处测定剩余氟溶液的吸光度，并计算拟合标准曲线, 计算出剩余氟浓度及去除率。称取0.1 g各试样, 分别加入配置好的20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 mg/l的苯酚溶液20 m l于50 m l具塞三角瓶中, 分别在25, 35, 45℃下进行恒温振荡吸附3 h以达到吸附平衡状态, 测定剩余氟溶液的吸光度, 根据标准曲线计算出剩余氟离子浓度及去除率。在常温常压下, 取10份氟离子浓度为50 mg/l的溶液各20 m l, 分别置于10个50ml三角瓶中, 均加入0.1 g bc300, bc400, bc500试样, 在150r/min下搅拌5, , 10,20, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180min, 静置1h, 测定剩余苯酚浓度, 计算去除率。从而研究出其在不同的条件下的去除效果。

4. 研究创新点

1.特色或创新处

生物炭因其在土壤改良、碳固定和吸附去除重金属、有机污染物等方面的潜在优势，已成为污染治理与环境修复领域的研究焦点，然而用生物炭去除溶液中的氟离子目前研究不多，有机会成为一个新的研究方向。同时，去除氟离子的方法众多，但大多数成本高、收效低、不环保并有可能造成新的污染，若此研究有成效，则可有效解决上述问题，生物质原材料价格低、来源广泛，常见的有农作物残余物、木材废料、活性污泥等。小麦秸秆、玉米芯等资源丰富、价格低廉，将其制成生物炭不仅可以获得比表面积大且孔隙发达的吸附剂，还可同时实现秸秆的资源化利用。因此，该研究方向可同时解决多个方面的问题，包括低成本的氟离子去除、秸秆的资源化利用以及不同生物炭吸附效果的探讨。

5. 研究计划与进展

1.研究计划及预期进展

1.首先研究不同热解温度下制备的生物炭的吸附性

预期结果：生物炭均具有层状结构，且存在基本孔隙。随着热解温度的升高，秸秆中半纤维素、纤维素、木质素先后被分解碳化，所得生物炭的孔隙增多。此外，低热解温度制备的低温度生物炭表面较为光滑规则，随热解温度的升高，高温度生物炭表面变得粗糙不规则，并出现了破损与凹陷，这些缺陷结构将增大其比表面积和孔容积，从而证明高温度裂解下的生物炭更有利于生物炭吸附性能的提高。