论文部分内容阅读
近年来,纳米零价铁（NZVI）作为一种新型吸附剂,因具有较大的比表面积,较好的反应活性及较强的还原性和吸附性,在废水处理方面受到越来越多的关注,但是NZVI因具有磁性且颗粒较小,导致其极易团聚且化学性质不稳定。因此,为解决NZVI这一缺陷,有研究将NZVI固定在某种载体上,从而阻止其团聚,提高使用效率。本论文以沙柳木粉（SPP）为原料（过200目筛子）,对SPP改性制备羧甲基化沙柳木粉（CMS）。以CMS为载体,采用液相还原法制备羧甲基化沙柳木粉负载纳米零价铁（NZVI/CMS）。确定CMS和NZVI/CMS的最佳制备条件。采用扫描电镜（SEM）、红外光谱仪（FT-IR）、X射线衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱分析仪（XPS）、孔隙比表面积分析仪（BET）等表征手段对SPP、CMS、NZVI、NZVI/CMS的微观结构形态进行分析。在最佳制备条件基础上,考察吸附条件对SPP、CMS、NZVI、NZVI/CMS吸附Pb2+性能的影响,确定最佳吸附条件,进一步确定SPP、CMS、NZVI、NZVI/CMS的吸附动力学、吸附等温线和热力学模型,探讨SPP、CMS、NZVI和NZVI/CMS的吸附机理。采用恒温水浴振荡法分别对SPP、CMS的脱附性能进行初步研究,考察脱附条件对SPP、CMS脱附性能的影响,确定最佳脱附条件,初步探索SPP、CMS、NZVI和NZVI/CMS的循环利用性能。论文的主要研究结果如下:1、SPP对Pb2+的吸附/脱附性能的研究吸附实验结果表明:当投加量为0.7 g,溶液初始浓度为900 mg/L,吸附时间为120 min,吸附温度为30oC,溶液pH为5时,吸附量最大,为30.64 mg/g。吸附过程更加符合伪二级动力学模型和Freundlich等温线模型,是一个自发、放热、混乱度减小的反应。脱附实验结果表明:在水浴恒温振荡作用下,当HNO3浓度为0.05mol/L,脱附时间为60 min,脱附温度为时30oC,脱附率为85.45%。循环吸附脱附实验表明:SPP对Pb2+循环吸附脱附4次,脱附率仍可达66.58%。2、CMS对Pb2+的吸附/脱附性能的研究制备实验结果表明:当氢氧化钠的浓度为15%,羧甲基化反应时间为2 h,反应温度为60oC时,CMS对Pb2+的吸附量最大,为71.55 mg/g。表征结果显示:SPP的表面平滑致密,颗粒尺寸较大,经羧甲基化改性之后,CMS的颗粒尺寸变小且表面变得疏松多孔,CMS的晶体结构也随之发生了变化,羧甲基成功引入到了CMS中。吸附实验结果显示:当投加量为0.5 g,溶液初始浓度为900 mg/L,吸附时间为120 min,吸附温度为30oC,溶液pH值为4时,吸附量最大,为71.55 mg/g。吸附过程更符合伪二级动力学模型和Freundlich等温线模型,是一个自发、放热、混乱度减小的反应。脱附实验结果表明:当HNO3浓度为0.05 mol/L时,脱附时间为90min,脱附温度为30oC时,CMS对Pb2+的脱附率为81.83%。循环吸脱附实验表明:CMS对Pb2+循环吸脱附4次后,脱附率仍达到60.13%。3、NZVI对Pb2+的吸附性能的研究吸附实验结果表明:当投加量为0.05 g,溶液初始浓度为600 mg/L,吸附时间为120 min,吸附温度为30oC,溶液pH值为4.5时,吸附量最大,为390.30mg/g。吸附反应是一个放热、自发的反应,吸附过程更符合伪二级动力学模型和Langmuir等温线模型。循环吸脱附实验表明:NZVI对Pb2+循环吸脱附4次后,吸附量从第一次的390.3 mg/g下降到第四次的98.6 mg/g,由此可见NZVI的重复使用性能较差。4、NZVI/CMS对Pb2+的吸附性能的研究制备实验结果表明:NZVI/CMS的最佳制备条件为BH4-与Fe3+的质量比为2:1,CMS与NZVI的质量比为2:1时,NZVI/CMS对Pb2+的吸附量最大,为535.50 mg/g。表征结果显示:NZVI颗粒聚集成堆,而NZVI/CMS中的NZVI颗粒分散性明显提高;NZVI的比表面积为26.82 m2/g,NZVI/CMS的比表面积为81.64 m2/g,NZVI/CMS较NZVI的比表面积明显增大,由此说明将NZVI负载在CMS上后,NZVI的尺寸粒径变小,NZVI的团聚现象得到了明显的解决,CMS在提高NZVI的分散性方面起到了重要作用。吸附实验结果显示:当投加量为0.01 g,溶液初始浓度为400 mg/L,吸附时间为120 min,吸附温度为30oC,溶液pH值为4时,吸附量最大,为535.50mg/g。吸附反应是一个自发、放热的反应,吸附过程更符合伪二级动力学模型、Langmuir等温线模型。循环吸脱附实验表明:NZVI对Pb2+循环吸脱附4次后,吸附量仍高达469.7 mg/g,重复使用性能明显优于NZVI。