生物炭对汽车零部件电镀废液中重金属Cu(Ⅱ)去除性能研究

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汽车工业、电子工业、机械工业、航空航天工业等空前发展,使电镀行业得到迅速发展。而在此过程中,又面临着如何处理电镀污水的问题。不能忽视含重金属电镀污水的深度治理,应引起重视并加以解决。本文通过模拟汽车零部件电镀废水中的主要成分因素,酸性环境和高浓度表面活性剂,利用生物炭吸附电镀废水中的重金属Cu(Ⅱ)及腐殖酸钾改性四种生物炭吸附模拟电镀废水中的Cu(Ⅱ)的研究,筛选出最优的改性生物炭作为吸附对象为后面的研究提供思路。本文主要研究结果如下:对于同种吸附材料而言,当初始溶液盐酸浓度从1.5%增加到4.0%时,H+对生物炭吸附模拟电镀废液中的Cu(Ⅱ)的影响变化不明显,但是生物炭吸附模拟电镀废水中的Cu(Ⅱ)吸附效率从3.62%降到了2.88%。随着电镀模拟废水溶液初始pH值的增加,生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附效果也随之增高,当模拟电镀废水溶液采用小于1.5%浓度盐酸,pH值大于1.64时,H+对生物炭吸附模拟汽车零部件电镀废液中的Cu(Ⅱ)的影响较为明显,盐酸浓度从1.5%减小到0%时,其生物炭吸附模拟汽车零部件电镀废液中的Cu(Ⅱ)吸附效率从3.62%增加到了40.59%。可见,溶液初始pH值越高,越有利于生物炭对模拟汽车零部件电镀废液中的Cu(Ⅱ)的吸附。(2)本文将脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)和十六烷基三甲基溴化铵直接引用到模拟废水中,研究其不同初始溶液条件下生物炭对水体中Cu(Ⅱ)的吸附。对于同种吸附材料而言,在模拟废液中添加十六烷基三甲基溴化铵和脂肪醇聚氧乙烯醚会导致生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附效率显然降低,且同种环境下相比,添加脂肪醇聚氧乙烯醚的生物炭吸附效率更低。主要影响因素为十六烷基三甲基溴化铵中含有大量的阳离子,随着表面活性剂的浓度增高,阳离子与金属铜离子产生了一定的竞争;而脂肪醇聚氧乙烯醚含有大量的非离子,可改变固体颗粒与污染物之间的界面性质,进而影响材料的吸附。同种初始溶液下,随着生物炭投加量的增加,在电镀废水模拟溶液中对Cu(Ⅱ)的吸附效率明显增大。在初始溶液Cu(Ⅱ)浓度为100 mg/L最终的吸附效果优于初始浓度为50 mg/L的Cu(Ⅱ)溶液。生物炭吸附效果受水中表面活性剂影响显著,在不加入表面活性剂时,椰壳生物炭投入量从0 g到2 g增加,50 mg/L的Cu(Ⅱ)溶液吸附率从0%增加到83%,100 mg/L的铜离子溶液吸附率从0%增加到78%,去除效果明显提高。在加入两种表面活性剂时,椰壳生物炭投入量逐渐增加,0.5%十六烷基条件下的吸附率在50 mg/L的铜离子溶液去除率变化和加入JFC的吸附量变化相同。可见,在实际处理电镀废水时应该加大生物炭投入量同时降低表面活性剂的含量,方可提高去除水体重金属Cu(Ⅱ)的效率。(3)在本文中采取腐殖酸钾改性四种生物炭,通过单因素吸附试验,优化条件下各种改性活性炭的吸附能力为椰壳>柱状>果壳颗粒>玉米芯。改性时间的增加有利于提高生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附效率。改性椰壳生物炭对模拟汽车零部件电镀模拟废水中Cu(Ⅱ)的去除率最高。因此得到结论:在常温条件下设置溶液pH值为6,吸附时间定为570 min,添加2.0 g的腐殖酸钾改性椰壳生物炭吸附初始溶液浓度100mg/L的Cu(Ⅱ)溶液,得到的最大吸附效率为74.02%,是原椰壳生物炭对Cu(Ⅱ)吸附率的1.3倍。吸附过程遵循Langmuir等温吸附方程,其最大的吸附容量为19.26mg/g,约是原活性炭1.3倍多;且腐殖酸钾改性椰壳生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附与准二级动力学模型一致。可见在腐殖酸钾改性生物炭过程中应该选择最佳的生物炭种类、改性浓度、改性时间、改性温度等条件以达到最优吸附效果。
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