竹炭及改性竹炭对废水中Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能研究

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本文通过预处理得到竹炭(BC)及改性竹炭(EBC),通过实验研究了BC及EBC对废水中Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能;在不同的实验条件下,分别探讨了初始浓度、p H值、温度及吸附剂用量等因素对吸附效果的影响。并将结果与准一级动力学、准二级动力学相拟合与内扩散模型相拟合,分析其吸附过程动力学。进一步研究不同温度下,不同浓度的吸附效果,并与热力学方程相拟合,分析其吸附热力学性能,探究吸附机理。通过丁二酸与竹炭酯化,使之连上羧基以增强其吸附能力;通过扫描电镜(SEM)及红外表征(FTIR)研究其微观结构;SEM分析显示BC在热解后保持了竹子的基本形态,改性后竹炭(EBC)内部结构更加疏松;FTIR分析显示BC和EBC中存在大量的羟基,EBC中羧酸C=O增加,-OH减少,表明改性带来了酯羰基不同程度的增多,这对吸附有一定的促进作用。在Pb(Ⅱ)初始浓度为50mg·L-1、p H值为5、溶液体积为100m L、温度为298K的条件下,吸附剂用量为0.2g时,其吸附量由13.48 mg·g-1增至17.94 mg·g-1;在Cd(Ⅱ)初始浓度为50mg·L-1、p H值为5、溶液体积为100m L、温度为298K的条件下,吸附剂用量为0.6g时,其吸附量由3.73mg·g-1增至4.94mg·g-1。改性前后吸附Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)吸附量均随着初始浓度、p H值、温度的增加而增加,随着吸附剂用量增加而减少。初始浓度、p H值及吸附剂用量对吸附量影响较大,温度对吸附影响较小。随着初始浓度的增加,其增加幅度在减少。在p H为2~3时,吸附效果不好,p H由3到4时,吸附效果增大的幅度较大,在p H为4~6,吸附量增加,但较前一阶段缓慢。随着温度的升高,吸附效果变好,这显示反应为吸热反应。但是变化幅度较小,故无需特定设定温度。随着吸附剂用量的变大,吸附率增大,但是吸附量变小,且变化幅度随用量的变大而变小。竹炭(BC)及改性竹炭(EBC)对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)都较符合准二级动力学模型,相关系数均大于0.999。竹炭(BC)及改性竹炭(EBC)对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)热力学研究表明,Langmuir方程更适合用来描述Pb(Ⅱ)的吸附过程,Freundlich方程更适合用来描述Cd(Ⅱ)的吸附过程。吸附焓变?H>0?,说明吸附是一个吸热反应;吸附自由能G<0,说?明吸附是一个自发反应;吸附熵变S>0,说明吸附是一个熵增反应。
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