几种生物炭及改性材料对水中镉离子的吸附性能及机理研究

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我国水体重金属污染问题日益严峻,水体污染导致的土壤及农作物的污染愈加严峻,重金属污染水体的治理已成为近年来研究热点。吸附法因其独特性在去除水体重金属方面表现出优异的效果,引起人们广泛的关注。本研究以实验室配置的模拟废水为研究对象,选取椰壳炭(CSC)、竹炭(BC)、木质炭(CC)、斜发沸石(CP)四种吸附材料,使用静态实验和动态实验两种方式,研究吸附剂投加量、溶液初始浓度、吸附时间、溶液初始浓度、穿透曲线、进水流速等因素对吸附材料去除水体中Cd的吸附效果。并使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和硝酸铁(FeNO3·9H2O)修饰椰壳炭和竹炭,成功制备四种新型吸附材料CTAB-CSC、CTAB-BC、Fe-CSC、Fe-BC,使用Langmuir和Freundlich两种等温吸附模型以及准一级动力学模型和准二级动力学模型研究其吸附机理,运用扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱等表征手段,分析其吸附机制。主要实验结果如下:(1)CSC、BC、CC、CP四种吸附材料对水体中Cd均有较好的去除效果,其吸附效果关系为:木质炭>竹炭>椰壳炭>斜发沸石,但受吸附剂的投加量和溶液pH值影响较大,吸附剂的投加量越大吸附效率越好,在初始溶液pH值为7时,吸附效率最优。CC、CP两种吸附材料能更好的拟合Langmuir等温吸附模型,CSC、BC两种吸附材料使用Freuundlich等温吸附吸附模型能更好的拟合。(2)动态实验中,初始溶液的浓度、进水流速、进水时间以及吸附柱填料层高度对材料去除水体中的吸附效果均有很大的影响,随着初始溶液浓度的增加吸附的穿透时间减少,进水流速越大出水浓度越大,去除率越低,穿透时间越短;吸附柱中各部位的出水浓度会研究水流方向依次降低,随着进水时间的增加,吸附柱各部位浓度趋于一致,与进水浓度相差不大。其吸附效果关系为:木质炭>竹炭>椰壳炭>斜发沸石。(3)表面活性剂改性制备的新型材料CTAB-CSC和CTAB-BC对Cd2+表现出良好的吸附性能,其中CTAB-BC的饱和吸附量优于CTAB-CSC,CTAB-CSC的最佳吸附pH范围为3~7,CTAB-BC的最佳吸附范围为4~7,两种吸附材料的吸附量均随时间的增加而增大,等温吸附模型可以使用Langmuir等温吸附模型拟合,动力学拟合结果表明两种吸附材料的吸附过程能较好的满足准二级动力学方程。(4)使用共沉淀法制备的新型磁性材料Fe-CSC和Fe-BC对Cd2+表现出良好的吸附性能,其中Fe-BC的饱和吸附量优于Fe-CSC,两种材料最佳吸附pH均为5~7,两种吸附材料的对Cd2+的去除率均随时间的增加而增大,动力学拟合结果表明两种吸附材料的吸附过程均能较好的满足准二级动力学方程,等温吸附模型拟合结果表明Fe-CSC更适用Langmuir模型拟合,Fe-BC更适用Freundlich模型拟合。
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