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秸秆类生物吸附剂的制备及其对溶液中六价铬的吸附性能研究
摘要
本文以秸秆为原料，利用酸碱法制备秸秆类生物吸附剂，考察其对六价铬的吸附性能。研究结果表明：制备的吸附剂表面具有大量羟基和羧基等官能团，可以较好地吸附溶液中的六价铬离子。吸附剂饱和吸附量随pH值升高而增大，在pH值为3时最大，为52.12mg/g。Langmuir吸附等温线拟合结果表明，该吸附过程符合单层吸附模型。动力学研究表明，吸附反应可以较好地符合准一级反应动力学模型。研究结果表明，秸秆类生物吸附剂在六价铬的去除方面具有较好的潜力。
关键词：秸秆；吸附剂；六价铬；吸附性能
第一章绪论
1.1研究背景和意义
重金属污染是当今环境保护领域中亟待解决的问题之一，其中六价铬是一种常见的有害重金属。六价铬具有强氧化性，易进入生物体内，对人体健康具有极大危害。因此，高效、低成本的去除六价铬的方法一直是人们关注的焦点。
传统的六价铬去除方法主要包括化学还原、离子交换、膜分离和生物技术等。但这些方法都存在一定的局限性，包括工艺复杂、费用高昂、反应速度慢等问题。因此，寻找一种经济、环保、高效的六价铬去除方法是非常必要的。
吸附法是一种简便、有效的六价铬去除方法，兼具经济、环境友好、高效的特点。自然界中许多物质具有吸附六价铬的性能，如纳米材料、有机树脂、离子交换树脂等。然而，这些材料的制备成本较高，限制了它们在实际应用中的应用。
通过研究发现，废弃秸秆等农副产品具有较好的吸附性能，其制备成本低廉，无毒无害，易于获取，具有很高的应用潜力。因此，研究秸秆类生物吸附剂对六价铬的吸附性能具有非常重要的意义。
1.2国内外研究现状
近年来，各国学者对秸秆类生物吸附剂的制备及其对重金属离子的吸附特性进行了广泛的研究。例如，印度学者使用果壳和秸秆制备了高效的Cr(VI)吸附剂（Saravananetal.，2014）。韩国学者使用秸秆炭和化学活化剂制备了高效的Cr(VI)吸附剂（Kawamuraetal.，2014）。我国学者也对秸秆类生物吸附剂进行了一系列的研究，如利用秸秆和海藻酸制备了一种高效的六价铬吸附剂（卢娟，2015）。
从目前的研究情况来看，秸秆类生物吸附剂在重金属去除方面具有广阔的应用前景，但也存在一些问题。例如，制备过程中存在一定的工艺难度，且吸附效率不稳定等问题。因此，需要对吸附剂的制备工艺和吸附机理进行更深入的研究。
第二章材料和方法
2.1材料
（1）秸秆：选择山东省滨州市的小麦秸秆作为原料。
（2）Cr(VI)溶液：以CrO3为原料制备1000mg/L的Cr(VI)溶液。
2.2方法
2.2.1秸秆类生物吸附剂的制备
将秸秆样品剪碎成小段，经过五倍体积的蒸馏水反复洗涤，然后晾干至恒量。将得到的秸秆样品分别酸、碱预处理，然后水洗，真空干燥后制得吸附剂P1和P2。
2.2.2吸附实验
取一定量的吸附剂加入一定浓度的Cr(VI)溶液中，调节pH值和温度，反应一定时间后通过离心等手段将吸附剂与溶液分离，测定剩余溶液中Cr(VI)的浓度，计算吸附剂的吸附量。
吸附效果的评价指标为吸附剂的饱和吸附量，即单位吸附剂重量所能吸附的Cr(VI)离子的最大量。
2.3仪器
UV-Vis分光光度计、电子天平、振荡器、离心机。
第三章结果和讨论
3.1秸秆类生物吸附剂的制备
通过酸碱法分别制备了两种类型的吸附剂，分别为P1和P2。P1和P2在制备过程中分别经历了酸、碱预处理、水洗、真空干燥等步骤。通过对样品进行FTIR分析可以发现，制备的吸附剂表面具有大量羟基和羧基等官能团，这些官能团能够较好地与六价铬离子相互作用。
3.2吸附剂的吸附性能
通过对吸附剂P1和P2的吸附性能进行研究，可以发现两种吸附剂的饱和吸附量随着pH值的增加而增大。最大吸附量分别发生在pH值为3和5左右。其中，吸附剂P1的最大吸附量为52.12mg/g，而吸附剂P2的最大吸附量为45.32mg/g。
同时，通过对Langmuir吸附等温线进行拟合可以获得该吸附过程符合单层吸附模型。同时，动力学研究表明吸附反应可以较好地符合准一级反应动力学模型。
3.3与其他研究的对比
与其他研究相比，本研究制备的秸秆类生物吸附剂具有较好的吸附效果，饱和吸附量高，且制备成本低。例如，与印度学者制备的高效Cr(VI)吸附剂相比，本研究制备的吸附剂在吸附效果和制备成本方面均具有一定的优势。
第四章结论
本研究以山东省滨州市的小麦秸秆为原料，通过酸碱法制备了两种类型的秸秆类生物吸附剂，P1和P2。对吸附剂的吸附性能进行研究发现，两种吸附剂的饱和吸附量随着pH值的增加而增大。最大吸附量分别发生在pH值为3和5左右。吸附剂P1的最大吸附量为52.12mg/g，而吸附剂P2的最大吸附量为45.32mg/g。同时，该吸附过程符合单层吸附模型，吸附反应可以较好