1. 研究目的与意义
随着工农业的发展和人类活动的日益频繁，带来了日趋严重的环境污染问题。党的十八大以来，生态文明建设已纳入中国特色社会主义“五位一体”总体布局和“四个全面”战略布局，人民对美好生活环境的向往日趋强烈，社会对环保问题日益重视。环境污染物如重金属、有机染料对生命体具有严重的致癌、致畸、致突变“三致”特性，严重威胁人类健康。我国稻壳生成量约占全球1/3以上，稻壳作为稻谷加工后的副产品，大多作为初级燃料利用，综合利用率不足10％。本项目在前期充分调研的基础上，提出以稻谷加工废弃物稻壳作为原料，制备高吸附性能的稻壳活性炭，吸附清除重金属、有机染料等环境污染物，对稻壳充分加以高值化利用，经济效益显著、社会效益明显。该思想基于本科应用化学、食品科学与工程专业所学和食品科学与工程学院粮食特色，紧密结合社会所需、时代所需，具有鲜明的学科特色和应用特色。
2. 研究内容和预期目标
1、研究目标
（1）探明稻壳活性炭的掺杂制备条件，可控、批量化制备高吸附性能的稻壳活性炭
（2）明确稻壳活性炭吸附重金属、有机染料等环境污染物的吸附特性，揭示吸附分离机制，丰富稻壳活性炭的应用范围。
3. 国内外研究现状
活性炭作为一种环境友好型吸附剂，具有较强的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，对水中溶解的有机污染物如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力，而且对用生物法和其他化学法难以去除的有机污染物，如色度、亚甲基蓝表面活性物质、除草剂、杀虫剂、合成染料及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除效果；此外，活性炭对电镀废水和冶炼工业废水中的重金属也有较强的吸附能力；对水质浑浊有明显的澄清作用，可以除去水中的异臭、异味，对细菌也有极好的过滤作用。因此，活性炭在水处理中越来越受到重视。
我国是水稻种植大国，每年产生数千万吨稻壳废弃物，由于其蛋白含量低，不适合作畜禽饲料，但其主要元素是碳、氢、氧、硅，含碳量极高，不仅可以作燃料，而且还是极好的活性炭原料。碳化稻壳在工业生产上可用作钢、铁等生产的保温隔热材料，在农业上可用于蔬菜、花卉、苗木、果树及其他作物栽培、改良土壤，在生活上可作清洁能源以供生火、取暖等。也可以作为生产炼钢辅料的原料。国外有关不同原料制备的活性炭对重金属离子的吸附已有部分研究。由表一可见，稻壳基活性炭对Cd、Cu的吸附量多数高于文献报道的其他生物质活性炭材料，对Zn的吸附量也处于较高水平。因此，以稻壳为原料生产活性炭，不仅可以获得对重金属吸附容量更高的活性炭，而且可以实现农业废弃物的资源化利用，降低活性炭生产和使用成本，推进活性炭处理含重金属废水技术在实际应用中发挥更好的作用。
表一 几种生物质活性炭的吸附能力比较
| 活性炭原料 | 吸附量/（mg/g） | ||
| Cd | Cu | Zn | |
| 杏壳 | 12.01 | 27.61 | 13.21 |
| 椰壳 | 11.10 | 27.36 | 12.76 |
| 褐煤 | 9.80 | 25.64 | 11.11 |
| 橄榄壳 | 6.0 | \ | 5.1 |
| 核桃壳 | 3.27 | 42.5 | 5.0 |
| 甘蔗渣 | 38.03 | \ | 31.11 |
| 稻壳（本项目） | 40.82 | 42.95 | 24.92 |
然而，由于普通稻壳活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积小和吸附选择性能差等特点，加上其表面官能团及电化学性质的一些限制，使其对污染物的吸附去除作用有限，远远不能满足国内外市场的要求。此外，稻壳中灰分较高，如果没有有效的处理方法，难以制备得高品质的活性炭，于是寻找最佳的预处理方式及合适的改性剂成为了制备的关键。因此，有必要对其结构和性质进行改性，以增大其吸附能力，缓解水污染压力。
4. 计划与进度安排
1、稻壳的筛选和预处理。将稻壳粉碎，分别通过10、35、60目筛子进行筛选。结合文献资料，拟采用酸化和浸渍两种不同的方法处理稻壳样品，设置空白组以分析预处理效果。
2、稻壳活性炭的制备。以3种活化剂（氯化锌、氢氧化钠、磷酸）、不同炭化温度、不同掺杂源来制备稻壳活性炭，分别比较活化试剂、炭化温度、掺杂试剂对稻壳活性炭产品品质的影响。
3、稻壳活性炭样品的基本性质数据测定及吸附实验。按照《木质活性炭试验方法》测定稻壳基活性炭产品的基本性质(比表面积、碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和苯酚吸附值)；同时，对稻壳活性炭样品进行吸附实验。稻壳基活性炭对重金属铅、镉；有机染料孔雀石绿、亮绿的吸附量(S, mg/g)根据式S=V(co-ce)/W计算。式中：y为溶液体积，L;co和ce分别为对照滤液中重金属质量浓度和吸附后滤液中重金属质量浓度，mg/L；W为活性炭的质量，g。采用物理化学和化工原理中的吸附理论模型，如Langmuir、Freundlich模型，阐述吸附模型。
5. 参考文献
[1] 张蕊,等.稻壳基活性炭制备及其对重金属吸附研究.南京农业大学资源与环境科学学院.
[2] 邓先仑.氯化锌法制造活性炭的机理探讨[J].生物质化学工程，1987，1(6)：14—1 5.
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