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蔗渣是甘蔗制糖工业的主要副产品,主要成分是纤维素、半纤维素及木质素,蔗渣的有效综合利用一直是解决制糖业结构性污染的重要方面。本研究以蔗渣为原料,三氯化铁为改性剂制备蔗渣活性炭／氧化铁吸附剂,并研究了该吸附剂对模拟废水中磷(PO43-)、铬(Ⅵ)以及砷(Ⅴ)污染物的去除性能,具体研究结果如下:
(1)用三氯化铁和溴化十六烷基三甲胺(CTMAB)对蔗渣进行改性活化制备吸附剂,并对吸附剂进行扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积(粒度、孔径、比表面积、孔容)分析。根据实验结果,并综合考虑各种实际因素,当三氯化铁的质量浓度为8.125g·L-1、浸渍时间为24h、炭化时间为4h时,确定三氯化铁改性蔗渣制备蔗渣活性炭／氧化铁吸附剂的最佳制备条件为:料液质量比为1:20、活化温度为500℃。
(2)在初始磷浓度分别为2、5、10mg·L-1条件下,吸附平衡时间分别为7h、24h和48h,准二级动力学模型能够很好地反映蔗渣活性炭／氧化铁对磷的吸附过程,拟合直线方程的相关系数R2均超过0.9970:用Freundlich等温吸附模型拟合25、35和45℃条件下的等温吸附实验数据,得到的线性方程的相关系数R2均超过0.9501,吸附参数1／n均在0.1-0.5之间,说明本研究中吸附剂易于吸附磷；用Langmuir等温吸附模型拟合25、35和45℃条件下等温吸附实验数据,求出的最大吸附量分别为2.76、3.87和4.00mg·g-1；对于50mL磷浓度为5mg·L-1的模拟废水,当吸附剂投加量≧0.3g时,处理后的出水能够达到我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中磷酸盐污染物排放一级标准。
(3)在铬(Ⅵ)初始浓度分别为25、50、100mg·L-1条件下,吸附平衡时间分别为6h、24h和48h,准二级动力学模型能很好地反映蔗渣活性炭／氧化铁对铬(Ⅵ)的吸附过程,拟合直线方程的相关系数R2均超过0.9946；用Langmuir等温吸附模型拟合20、30和40℃条件下的等温吸附实验数据,得到的线性方程的相关系数R2均超过0.9981,且求出的最大吸附量分别为12.22、12.63和13.72mg·g-1；对于50mL铬(Ⅵ)浓度为50mg·L-1的模拟废水,当吸附剂投加量≧0.4g时,处理后的出水能够达到我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中铬(Ⅵ)最高允许排放浓度标准。
(4)在砷(Ⅴ)初始浓度分别为7.5、52.5、105mg·L-1条件下,吸附平衡时间分别为6h、36h和42h,准二级动力学模型能很好地反映蔗渣活性炭／氧化铁对砷(Ⅴ)的吸附过程.拟合直线方程的R2均超过0.9927:用Langmuir等温吸附模型拟合20、25和35℃条件下的等温吸附实验数据,得到的线性方程的相关系数R2均超过了0.9916,且求出最大吸附量分别为7.37、8.43和9.98mg·g-1；对于50mL砷(Ⅴ)浓度为2和5mg·L-1的模拟废水,当吸附剂投加量为0.3g时。处理后的出水能分别达到我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中砷含量标准(0.01mg·L-1)和我国《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中砷最高允许排放浓度标准(0.5mg·L-1)。