稻草秸秆生物炭的制备及吸附性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

我国是水稻生产大国，每年水稻总产量打20824.5万吨，由此遗留的大量水稻秸秆对环境产生的影响成为人们关注的热点。目前，水稻秸秆的主要处理方式为做饲料、焚烧、焚烧发电、粉碎还田、制备水稻秸秆生物质燃料块以及造纸等。焚烧会产生严重的环境污染问题，造纸产生的黑液处理难度大、污染负荷高，虽然大量利用了剩余的水稻秸秆，但也带来较大的环境问题。利用秸秆或者改性秸秆处理废水中的污染物成为近年来研究的热点。秸秆资源丰富，做好秸秆综合利用，对于提高农业效益、促进资源节约、保护生态环境、防治大气污染意义重大。

水稻秸秆中具有较高含量的纤维素、半纤维素和木质素等，其中秆部纤维素含量为 39.69%、半纤维素含量为19.75%、木质素含量为16.48% ^[1]。由于水稻秸秆中纤维素沉积方式和细胞骨架受合成纤维素基因的控制，因此不同品种水稻秸秆的纤维素含量和结晶度不同。由于其具有一定的纤维素含量和框架结构，可直接对重金属离子进行吸附，但稻草表面具有较多的sio₂和脂肪类物质，在水稻秸秆表面形成蜡质层，水稻秸秆中含有的木质素、纤维素和有效基团均被包含在蜡质层中，影响了水稻秸秆的有效吸附性能^[2]。

化学改性可以破坏蜡质层、改变水稻秸秆的结构，使内部的基团发生改变，基团被活化、孔隙得到增大，从而增大其吸附性能。目前研究较多的改性是通过酸、碱、盐等对水稻秸秆进行改性，改变水稻秸秆的化学或者表观结构，从而对废水中的污染物进行吸附和处理。用酸对水稻秸秆进行改性，主要是利用纤维素的某些特性，常用的酸有盐酸、磷酸、丁二酸等。吴婉滢等^[3]使用丁二酸对稻草进行改性处理，通过系统性实验研究了不同稻草添加量、吸附溶液的ph、吸附时间和吸附温度对实验结果产生的影响，当经过丁二酸改性的稻草投加量为0.50g、ph=3.5、反应时间为30min。模拟钍（th）溶液初始质量浓度为10 mg/l、吸附温度为65 ℃时，改性稻草对th⁴ 的吸附效果最好，去除率可达96%。傅里叶变换红外光谱分析发现改性后的稻草样品出现了羧基、羟基和酯基的吸收峰，更从侧面揭示了改稻草吸附特性改善的原因，改性处理使得稻草中的木质素得到更多的暴露，纤维素内部孔结构显著增加，同时增加了木质素、纤维素上的特殊基团，这为吸附能力提高打下了良好基础。

2. 研究内容和预期目标

本课题以稻草为原料，高温碳化制备生物炭，研究制备材料对重金属离子cr（iv）的吸附去除。

四个实验组分别为：不炭化不改性，不炭化改性，炭化不改性，改性且炭化。

找出吸附能力最佳的一组。

3. 研究的方法与步骤

1．吸附剂的制备

1.1 稻草秸秆粉末：

稻草秸秆（rs）清洗干燥并粉碎至100目。

4. 参考文献

[1] [1] 赵蒙蒙，姜曼，周祚万. 几种农作物秸秆的成分分析[j].材料导报，2011，25（16）：122-125.

[2] [2] hering j g，stumn w. oxidation and reductiondissolution of minerals[m]//hocheela jr m f，white a f. mineral water interfacegeochemistry. washionton d c：mineralogical society of america，1990：427-466.

5. 计划与进度安排

1 (第一周) 接受任务，阅读稻草秸秆制备生物炭吸附铬离子的文献。

2（第二周） 完成开题报告、完成英文文献翻译、为论文实验做准备。

3（第三－十三周） 毕业论文实验，用稻草秸秆制备生物炭，研究生物碳吸附铬离子的最佳方案。