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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着经济高速发展，人类活动加剧，环境问题日益凸显。其中电镀行业、电池行业和印染行业等排放的废水中，就含有大量不同种类的重金属，工业迅速发展的同时也使得大自然受到了严重的破坏。水体中的pb(Ⅱ)浓度随着工业化进程的推进而影响到了人们健康的生活，特别对于孩子的伤害更加严重，因此治理重金属铅污染的问题迫在眉睫。

为了去除水中的重金属离子pb(Ⅱ)，目前主要有化学沉淀法、离子交换法、吸附法、物理过滤法和生物修复法等，然而这些方法都存在一定的缺点和问题，如不能完全去除水体中的重金属，需要高额的资源和能量来完成，后期会产生一定量的二次污染物和有毒物质而需要再次处理等。采用自然友好的材料作为吸附剂能更加环保和经济。其中，农林废弃物吸附剂由于制备简单，种类繁多，近年来被应用的十分广泛。因此，本研究以资源节约为核心，选择吸附法来进行低浓度pb(Ⅱ)的去除实验研究。在吸附法中，吸附材料也有很多种类，如植物残体、牛粪、沸石、活性炭、生物炭等。本研究采用的稻壳灰和稻壳生物炭是利用生物质原料稻壳制备而成的，在吸附重金属方面是一个新兴并具有前景的科技方法。

国内外研究现状

使用活性炭(ac)作为吸附剂已被认为是一种传统的处理方式，然而，其成本较高，近年来已渐渐被其他生物质基吸附剂所代替，而我国丰富的农业稻壳资源为我们去除pb(Ⅱ)开辟了一条新的研究方向。我国水稻等秸秆类农作物的产量约610⁸ t，其中稻壳约有3.610⁷ t，资源非常丰富，有超过一半的水稻类“废物”因没有找到合理的处理方式而被浪费，我们现在变“废”为宝利用其中的稻壳为原料制成稻壳灰。稻壳灰是一种有纹理的多孔物质，与稻壳活性碳制备不同，它是经过有氧燃烧产生的固相产物，主要成分是二氧化硅，其表面富含多种官能团，拥有很大的比表面积和高度不规则且密集的孔隙结构，使得它拥有很高的化学活性和物理吸附能力。现在越来越多的地方已经开始应用稻壳灰作为吸附剂来代替原有较昂贵的吸附材料。稻壳生物炭含碳量很高，拥有丰富的含氧官能团和孔隙数量，巨大的比表面积，对重金属离子具有良好的吸附性能，相对于活性炭等传统吸附剂来说，也节约了成本，扩大了应用范围，为后期的实用性奠定了基础。

生物炭改性也是当今研究的热点，argun m e等人研究的松果碳，用芬顿试剂（(fe² /h₂o₂=0.01）改性，对pb(Ⅱ)的最大吸附量为29 mg/g，sreejalekshmi k g等人使用蒸汽活化木屑活性炭，吸附铅和柠檬酸，最大吸附量为0.560 mol/g，wang l等人将红蓼通过磷酸高温一体活化制得的生物炭，最大吸附量为99 mg/g，youssef a m等人将后期制作的活性炭分为加浓硫酸和氢氟酸的两种，分别记为hc和lc，用1173k氮气活化的记为slc，用氢氧化钠高温活化的记为nlc，而样品ox-nlc和ox-slc是slc和nlc在浓硝酸加热再洗净干燥制备而成，其中ox-nlc最大吸附量为261.7 mg/g，mohan s等人使用磷酸盐改性稻壳，来吸附pb(ii)，cu(ii)，zn(ii)和mn(ii)等重金属，效果良好，prapagdee s等人使用氢氧化钾对稻壳生物炭进行活化，制备成了新型的吸附材料，其对镉的吸附率提高了70%，agrafioti e等人使用cao和fecl₃改性稻壳碳，吸附重金属砷和铬，其中cao与生物炭的比率为0.16，fecl₃?6h2o与生物炭比率为0.55。

2. 研究的基本内容

在不同温度和热解时间下制备稻壳生物炭，选出最佳温度和热解时间得出的生物炭。对稻壳生物炭进行表征实验。调节初始溶液的PH，看不同PH对稻壳生物炭吸附水中的重金属离子Pb(Ⅱ)的效果。其次，确定确定最佳投加量，区分不同离子强度对吸附的影响。测试灰分对吸附的影响。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

1.实施方案：用蒸馏水清洗收到的稻壳5次，去除大颗粒杂质；将稻壳放入烘箱中，保持378k直至烘干；从中称取出10~15 g稻壳，用马弗炉分别在573、673和773k条件下高温缺氧热解1、2和4 h；待其冷却后用分析天平称量剩余质量，计算出不同热解温度和热解时间下的生物炭产率；而后将稻壳生物炭过50目筛，分别用封口袋在阴凉干燥处保存；最后分别称取50 mg，在温度为298k，转速为120 r/min，ph为5.00，铅离子初始浓度为20 mg/l条件下振荡24小时，得出不同热解温度和时间对铅离子吸附的影响。出一定量的储备生物炭，用1 mol/l的盐酸反复清洗几次以去除灰分，最后蒸馏水清洗至中性，用酚酞试剂检测结果。然后使用数显鼓风干燥箱（gzx-9070mbe，上海博讯实业有限公司）保持378k恒温烘干，在室温下冷却后研磨过50目筛后制得去灰分的稻壳生物炭。最后比较溶液初始溶液ph，投加量，外界温对稻壳生物炭和去灰分稻壳生物炭的吸附的影响

2.进度安排：2.25—3.25：制备稻壳生物炭，进行去灰操作；

4. 参考文献

[1]李大伟. 热解稻壳炭基多孔材料的制备, 表征及应用基础[d]. 中国科学技术大学, 2011.

[2]任素霞. 稻壳资源的综合利用研究[d]. 长春: 吉林大学, 2009.