碱性条件下除Cr(Ⅵ)的离子液体、壳聚糖负载型活性炭研究

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六价铬是一种毒性很大的重金属,Cr(Ⅵ)的毒性远远高于Cr(Ⅲ),广泛存在于电镀、油漆、金属加工等行业。Cr(Ⅵ)的化合物在自然界中难于降解,容易被人体吸收,引起腹泻、呕吐等消化道问题,甚至带来肝癌、肺癌等严重后果。中国《综合废水排放标准》(GB 8978-1996)和世界卫生组织要求工业废水中Cr(Ⅵ)的排放量不得超过0.5 mg·L-1,我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定饮用水中Cr(Ⅵ)的浓度绝对不能超过0.05 mg·L-1。国民经济中约15%产品与铬相关,作为工业废水中常见的重金属污染,铬污染特别是六价铬污染当前已成为我国重大的环境问题,寻求快速,高效降的解决方案已变得刻不容缓。活性炭是一种广泛使用的吸附剂,多数研究表明,在pH=2-3附近,活性炭对Cr(Ⅵ)离子吸附性能达到最优;受pH影响,碱性体系中,Cr以CrO42-等形式为主存在,吸附性能显著下降。通过改变活性炭表面的物理和化学性质,能提高其在碱性环境中对Cr(Ⅵ)离子的吸附性能。利用离子液体和壳聚糖的化学性质对活性炭进行改性,发挥其官能团优势,制备兼具各自吸收、吸附优势的复合材料,同时适用于较宽的pH范围,对于海洋等碱性环境中重金属去除具有积极意义。本文通过浸渍和键合的方法将咪唑型离子液体负载到活性炭上,研究吸附剂在碱性环境下对Cr(Ⅵ)的吸附。采用Zeta电位、比表面积分析仪、傅里叶红外分析、扫描电镜等分析手段对吸附剂表面的理化性质进行表征。考察了pH值、投加量、共存离子、Cr(Ⅵ)初始浓度、反应温度、反应时间对Cr(Ⅵ)吸附性能的影响,并用模型对数据进行拟合。在此基础上选用壳聚糖修饰富含含氧官能团的铜藻基活性炭,并对其的Cr(Ⅵ)吸附性能进行研究。结论表明:(1)浸渍法制的固载型复合材料,负载后的复合材料在碱性环境下吸附能力大大提高,但孔道堵塞情况严重;键合法制备的吸附剂,孔道堵塞情况得到改善。离子液体分散性能得到改善。负载的离子液体带有氨基,进一步提高了其对Cr(Ⅵ)的吸附能力。(2)负载后的吸附剂pHpzc均有显著提高,有利于在碱性条件下对Cr(Ⅵ)吸附。结合活性炭负载离子液体吸附剂的BET的结果和吸附量的变化,比表面积和孔道不是影响吸附量的关键因素。在碱性环境下吸附剂吸附Cr(Ⅵ)主要是通过阴离子的交换作用和HCl的协同作用,pH是该环境下影响吸附的重要因素。(3)Cr(Ⅵ)在离子液体改性活性炭上的吸附动力学过程能和Lagergren准二级动力学模型很好的拟合,Freundlich模型适于描述Cr(Ⅵ)在吸附机上的吸附平衡过程。(4)以铜藻为原料,ZnCl2为活化剂,一步法烧制的活性炭经壳聚糖的修饰后,在pH=8的条件下,Cr(Ⅵ)吸附值显著提高。SAC、CSAC在30℃,pH=8,20 mg/L Cr(Ⅵ)溶液中平衡吸附量分别为5.513 mg/g,10.27 mg/g,去除率分别为22.17%,95.64%。Lagergren准二级动力学模型可用于描述Cr(Ⅵ)在CSAC上的吸附行为;Frendlich模型可用于拟合描述其吸附平衡过程。
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