改性生物炭对水中锑的吸附行为研究

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为了寻找对水中锑去除效果更好的吸附剂,本文通过改变吸附剂投加量、反应时间、吸附质初始浓度及反应pH,研究了生物炭及其改性产物(三价铝改性生物炭、高锰酸钾改性生物炭)对水中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附行为。通过生物炭及其改性产物对水中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的等温吸附实验和吸附动力学实验,并结合BET比表面积分析、SEM扫描电镜和FTIR红外光谱技术对生物炭及其改性产物进行表征,初步探讨了生物炭及其改性产物对水中Sb(Ⅲ)及Sb(Ⅴ)的吸附规律和吸附机理。得到如下主要结论:(1)25℃下,固液比为2.5g·L-1,反应时间为4h,pH为2.0时,生物炭(BC)、三价铝改性生物炭(Al-BC)和高锰酸钾改性生物炭(KMnO4-BC)对Sb(Ⅴ)的最大吸附量分别为4.41、10.48、30.06 mg·g-1。且三者对Sb(Ⅴ)吸附量均随pH的增大而逐渐减小。在25℃下,固液比为2.5g·L-1,反应时间为4h,pH为4.0时,BC、Al-BC和KMnO4-BC对Sb(Ⅲ)的最大吸附量则分别为10.56、81.21、14.88 mg·g-1。三种生物炭对Sb(Ⅲ)吸附效果在酸性条件下较好。(2)三种生物炭对Sb(Ⅴ)的等温吸附曲线符合Langmuir等温模型。BC和KMnO4-BC对Sb(Ⅴ)的吸附动力学过程遵循拟二级动力学方程,Al-BC对Sb(Ⅴ)的吸附符合拟一级动力学方程。生物炭对Sb(Ⅴ)吸附过程为以物理吸附为主的物理-化学复合过程。而对Sb(Ⅲ)的吸附机理Al-BC和KMnO4-BC有所不同,KMnO4-BC对Sb(Ⅲ)的等温吸附曲线仍符合Langmuir等温模型,BC和KMnO4-BC的吸附动力学过程仍遵循拟二级动力学方程,而Freundlich和拟一级动力学方程更符合Al-BC对Sb(Ⅲ)的吸附过程。三种生物炭对Sb(Ⅲ)吸附过程都以物理吸附为主,同时有化学吸附的参与。(3)表征实验结果表明,Al-BC吸附量大主要得益于其比表面积及孔容的增大,而KMnO4-BC吸附能力的提高主要由于其表面附着的晶体,且改性前后生物炭的表面官能团变化不大。
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