基于SA和CS的两种改性吸附剂制备及其吸附重金属性能研究

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垃圾渗滤液中含有多种金属离子,直接排放会对生态环境和人体健康产生严重危害,如何有效去除垃圾渗滤液中重金属离子成为研究热点之一。吸附法去除水体中重金属离子具有效率高、成本低、环境友好等优点被广泛应用。海藻酸钠(SA)和壳聚糖(CS)作为廉价的天然高分子材料,对重金属离子具有一定吸附能力,但存在吸附能力不足、机械强度差及不利于固液分离的问题。本研究分别基于SA和CS,成功制备AlS-Fe@SA和B-Fe@CS两种不同改性吸附剂,以垃圾渗滤液中的金属离子为依据,选择Cr(Ⅵ)、Ni(Ⅱ)为研究对象,通过静态吸附实验探讨吸附剂对金属离子的吸附特性,通过FTIR、XRD、SEM和EDX进一步探究吸附机理,主要结论如下:(1)制备具有良好吸附及分离性能的AlS-Fe@SA和B-Fe@CS凝胶球,AlS-Fe@SA中SA、AlS、Fe Cl3·6H2O的最佳质量配比为1.5g:2.5g:2g,B-Fe@CS中CS、B、Fe Cl3·6H2O的最佳质量配比为1.5g:2.5g:2.5g。FTIR和EDX结果表明:AlS和Fe(Ⅲ)成功负载到SA上,B、Fe(Ⅲ)和CS成功复合;SEM结果表明:AlS-Fe@SA和B-Fe@CS较改性前表面更粗糙,且出现丰富的孔道结构;XRD结果表明:AlS-Fe@SA和B-Fe@CS均以无定型状态存在。通过Cr(Ⅵ)和Ni(Ⅱ)吸附实验确定AlS-Fe@SA适应吸附的金属离子为Cr(Ⅵ)、B-Fe@CS适应吸附的金属离子为Ni(Ⅱ)。(2)AlS-Fe@SA对Cr(Ⅵ)静态吸附实验发现:吸附最佳p H为3,吸附平衡时间为5.5h,饱和吸附量为93.65mg/g,AlS-Fe@SA对Cr(Ⅵ)的吸附过程以单层吸附为主,且升温不利于Cr(Ⅵ)吸附过程的进行。共存金属离子Ni(Ⅱ)对Cr(Ⅵ)的吸附过程几乎没有表现出促进作用。AlS-Fe@SA凝胶球吸附性能稳定,经6次吸附-脱附实验,脱附率可达66%,质量损失为10.69%。(3)B-Fe@CS对Ni(Ⅱ)静态吸附实验表明:吸附最佳p H为6,吸附平衡时间为3.5h,B-Fe@CS对Ni(Ⅱ)的吸附过程包括单层吸附和多层吸附,饱和吸附量为113.96mg/g,且升温有利于Ni(Ⅱ)吸附过程的进行。共存金属离子Cr(Ⅵ)对Ni(Ⅱ)的吸附过程起到协同促进作用,B-Fe@CS凝胶球具有良好循环再生性能,经6次吸附-脱附循环实验,脱附率可达87.9%,质量损失为9.51%。(4)AlS-Fe@SA主要通过-OH、-COOH、Fe-OH等官能团将Cr(Ⅵ)吸附去除。B-Fe@CS对Ni(Ⅱ)的去除主要利用-NH2、Fe-OH活性官能团的共价键,与Ni(Ⅱ)共享孤对电子生成络合物。Cr(Ⅵ)先与AlS-Fe@SA表面的Fe-OH功能基团发生作用,再与孔道内部的-OH、-COOH等功能基团发生作用,而Ni(Ⅱ)同时与B-Fe@CS中的-NH2、Fe-OH活性组分发生作用。AlS-Fe@SA对Cr(Ⅵ)的吸附机理主要包括静电引力预吸附-还原作用和螯合作用;B-Fe@CS对Ni(Ⅱ)的吸附机理主要包括共价键作用、配位络合作用和静电预吸附-离子交换作用。(5)垃圾渗滤液的成分会影响AlS-Fe@SA对Cr(Ⅵ)、B-Fe@CS对Ni(Ⅱ)的吸附效果,但在垃圾渗滤液+Cr(Ⅵ)/Ni(Ⅱ)(5mg/L)混合溶液中仍能保持较好的吸附效果。将两种吸附剂同时投入Cr(Ⅵ)+Ni(Ⅱ)混合溶液中,动态p H结果表明:AlS-Fe@SA对Cr(Ⅵ)的吸附为不可逆过程,B-Fe@CS对Ni(Ⅱ)的吸附为可逆过程,为保证Cr(Ⅵ)和Ni(Ⅱ)的吸附效果,先将溶液中的p H调为3吸附Cr(Ⅵ),再将p H调为6吸附Ni(Ⅱ)。AlS-Fe@SA和B-Fe@CS的联合使用提高了垃圾渗滤液中Cr(Ⅵ)和Ni(II)的吸附量。
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