生物质吸附剂的制备及对染料吸附性能的研究

来源 :伊犁师范学院 | 被引量 : 6次 | 上传用户:iamphfeng
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本文以农业废弃物亚麻和核桃壳为原料,分别采用NaOH、NaOH+L-苹果酸、NaOH+戊二醛及柠檬酸对其进行化学改性,采用ZnCl2活化剂进行活化,制备生物质吸附剂用于三芳甲烷类染料(甲基紫(MV)和孔雀石绿(MG))的吸附研究。实验分别探讨了改性剂浓度、时间、温度和吸附剂用量、吸附温度和时间以及初始染料浓度对吸附效果的影响,并采用正交和响应面实验优化吸附步骤。通过FT-IR和SEM表征吸附剂特征,并以吸附动力学、等温线吸附和热力学参数研究吸附机理。主要结果有以下几点:1)0.50 mol/L NaOH溶液在温度70℃以超声功率250 W超声30 min改性所得亚麻0.08 g,在水浴温度40℃下吸附25 mL 80 mg/L MV溶液100 min,其吸附量和去除率分别高于同条件下未改性亚麻(FW)0.60 mg/g和2.42%。2)0.20 mol/L的L-苹果酸和1.00 mol/L NaOH溶液在温度40℃下搅拌100 min制得吸附剂NaOH+L-苹果酸改性亚麻(NLFW)。在吸附时间100 min、温度50℃、吸附剂用量0.30 g、25 mL 80 mg/L MV条件下,NLFW相比于FW吸附量提高23.30 mg/g,去除率提高18.87%。3)浓度为0.05 mol/L的戊二醛和1.00 mol/L的NaOH,在温度25℃搅拌6 h制备NaOH+戊二醛改性亚麻(NGFW)吸附剂。在最优吸附条件(吸附时间360 min、初始MG浓度100 mg/L、吸附剂用量0.20 g、吸附温度25℃)下,其吸附效果明显优于FW,分别高于FW 1.60 mg/g和3.42%。4)0.30 mol/L柠檬酸在25℃下搅拌90 min改性亚麻0.10 g,吸附100 mg/L MV溶液120 min,其吸附量和去除率可达23.75 mg/g和95.00%;0.50 mol/L柠檬酸在100℃下搅拌120 min改性亚麻0.10 g,吸附100 mg/L MG溶液120 min,其吸附量和去除率可达24.03 mg/g和96.11%5)NaOH改性亚麻(NFW)和NLFW吸附MV过程均符合准二阶动力学方程,其中相关系数R2分别为0.999和0.999;NFW吸附MV过程等温线模型符合Langmuir模型(R2=0.998),NLFW和柠檬酸改性亚麻(CFW)吸附过程更符合Freundlich模型(R2分别为0.984和0.950);CFW和NGFW吸附MG过程均符合准二阶动力学方程和Freundlich模型(R2分别为0.999、1.000、0.971和0.996);NFW吸附MV过程和CFW吸附MG过程,均为自发吸热熵增加过程;NLFW吸附MV和NGFW吸附MG以及CFW吸附MV过程均为自发放热熵增加过程。6)由NLFW吸附MV正交实验结果可知,在最优组合(改性温度60℃、吸附时间120 min、吸附剂用量0.50 g和吸附剂用量0.10 g、改性温度60℃、吸附时间120 min)下,所得吸附量39.99 mg/g,去除率99.99%。最优条件实验和正交实验所得值之差分别为0.035 mg/g和0.129%,该模型用于NLFW吸附MV废水研究。7)由CFW吸附MG响应面实验结果可知,响应值的实际值和预测值有比较好的线性拟合性。在最优组合改性温度60℃,改性时间60 min,吸附剂用量0.30 g下,其吸附量为22.55 mg/g,去除率为90.22%。经分析得出该组合预测值为22.59 mg/g和38%,实验值与预测值相差很小,说明该模型可以用来预测实验值。8)SEM表征可知,NGFW吸附剂,其吸附性能增强,吸附容量增大。经NaOH和戊二醛改性后,NGFW表面产生较多孔状结构,能更好的吸附染料。FT-IR图表明,亚麻纤维素中含有大量-OH、-C-O-C-、-CH2-官能团,这些基团对染料溶液具有较好的吸附功能。NFW较FW,吸收峰位置未发生变化,但吸收峰强度增强,从而提高吸附剂吸附效果。9)盐酸浓度在0.010.80 mol/L区间,解吸率上升较快,盐酸浓度大于0.80 mol/L后,解吸率逐渐趋于平衡,此时解吸率可达100.08%。10)光波组合C1协同核桃壳对MG的有一定的吸附效果,最佳吸附条件为0.01 g活性炭,400 mg/L MG溶液,辐射时间2.00 min。吸附过程更符合准二级动力学方程(R2=0.993)和Langmuir吸附等温方程(R2=0.992)。
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