论文部分内容阅读
随着水污染和淡水资源不足的问题日益突出，污水的无害化处理空前重要。污水中的主要污染物为有机物和重金属，目前重金属废水的处理方法中，活性炭吸附法以其操作简单、处理高效，应用最为广泛。尽管如此，活性炭吸附法也有着自身的不足，即需要消耗大量的吸附剂活性炭，从而使得污水处理的成本巨大。为此，国内外研究者采用多种方法对活性炭进行改性，其中，研究最多的是对活性炭进行硝酸氧化处理。众多的研究结果已表明硝酸改性可以显著提高活性炭对重金属的吸附性能，然而，硝酸改性过程中会产生NO和NO2等有毒气体，造成二次污染。 基于以上分析，本工作着力于研究和开发更为有效和环保的活性炭改性方法，研究并考察了各单因素（pH、温度等）对煤基和椰壳活性炭吸附铜离子的影响，柠檬酸钠改性的活性炭对铜离子的动态和静态吸附性能，以及改性活性炭再生后对铜离子的吸附，并初步探讨了吸附机理。通过实验现象和理论分析，本文的主要结论如下: 1.研究了pH、温度、时间、吸附剂用量、溶液初始浓度等因素对活性炭吸附Cu2+的影响，研究发现，活性炭对Cu2+的吸附在140min内能达到平衡，且随时间延长吸附量变化不大，解吸附作用不明显;煤基活性炭吸附Cu2+的最佳pH为4，椰壳活性炭吸附Cu2+的最佳pH为5.5;随离子浓度的增大和温度升高，活性炭对Cu2+的吸附容量增加;煤基活性炭和椰壳活性炭用量分别为为13g/L和9g/L时，吸附效果最佳。 2.活性炭吸附Cu2+的动力学过程可用准二级动力学模型、Elovich模型和双常数模型描述，说明此吸附过程为一个非均相扩散的化学吸附过程，且吸附时活性炭表面的能量分布不均匀;活性炭对Cu2+的平衡吸附可用Langmuir、Freundlich和Temkin等温式描述，说明Cu2+在活性炭表面的吸附是单分子吸附，且活性炭对Cu2+的吸附作用很强烈;热力学研究表明煤基活性炭吸附Cu2+的过程是自发、吸热的过程，随着吸附的进行，重金属在活性炭表面排列的无规性增加。 3.研究和开发了新型柠檬酸钠-活性炭水处理剂，发现经15％柠檬酸钠溶液浸渍所得的N15-AC对Cu2+的吸附容量可达AC对Cu2+吸附容量的2.76倍，优于目前已报导的单宁酸、醋酸钠等对活性炭吸附性能的改性效果，与硝酸的改性效果相近，且克服了其产生二次污染的弊端;再生后的吸附剂N15-AC-T和N15-AC-TT对Cu2+的吸附容量分别可达N15-AC的98.2％和95.9％;FTIR、Boehm滴定和孔结构参数测定，阐明了吸附剂的表面酸性官能团特别是羧基对吸附性能有着决定性的影响。 4.动态吸附实验中，N15-AC对Cu2+的吸附容量可达AC对Cu2+吸附容量的2.31倍;饱和再生后的N15-AC对Cu2+的吸附容量略高于新鲜N15-AC，这可能归因于再生后吸附剂表面的Na+得到充分的补给;对吸附机理的初步探究表明，活性炭对Cu2+的吸附是通过离子交换进行的，交换过程中Na+作为阳离子交换器，起着至关重要的作用。