阳离子表面活性剂改性菌糠对废水中铬(Ⅵ)的吸附研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:angelboy8100
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随着工业的发展,自然水体和工业废水中的六价铬Cr(Ⅵ)污染已经成为重要的环境问题,以农业固体废弃物作为生物吸附剂处理含Cr(Ⅵ)废水,具有经济、高效和环保等特点。本研究以黑木耳菌糠废弃物(Auricularia Auricular spent substrate,AASS)为吸附剂,用阳离子表面活性剂十二烷基二甲基溴化铵(Dodecyldimethylammonium bromide,DDAB)对其进行化学修饰改性,探究改性吸附剂对水体中Cr(Ⅵ)(以阴离子Cr2O72-形式存在)的吸附效果。通过静态分批吸附试验筛选最佳吸附条件并用响应面方法优化其中影响较为显著的条件;利用Zeta电位分析仪、比表面积仪(Specific surface area meter,BET)、扫描电子显微镜及能谱仪(Scanning electron microscope and energy spectrometer,SEM-EDX)、傅里叶红外分光光度仪(Fourier infrared spectrophotometer,FTIR)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、X光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等多种手段对吸附剂进行表征,分析吸附机制;将改性菌糠吸附剂固定化后进行动态固定床吸附试验,确定动态吸附参数并用Admams-Bohart模型和Thomas模型拟合穿透曲线。本研究为农业固体废弃物处理含铬废水提供了理论和实践基础,主要结果如下:(1)改性菌糠吸附Cr(Ⅵ)的最佳条件为:吸附剂投加量2 g/L、pH 4.0、Cr(Ⅵ)初始浓度为20 mg/L、温度298 K、吸附时间120 min、转速150 r/min,此时改性菌糠对Cr(Ⅵ)的吸附量为9.75 mg/g,原始菌糠对Cr(Ⅵ)的吸附量为6.06 mg/g。经响应面法对显著条件(pH、Cr(Ⅵ)初始浓度、吸附剂投加量)优化后的吸附量达到12.16 mg/g。二元体系中共存阳离子和阴离子会干扰改性菌糠吸附Cr(Ⅵ),其中Pb2+和PO43-影响最大,使吸附量分别下降了19.36%和13.64%。Langmuir和Freundlich等温模型均较好拟合改性菌糠对Cr(Ⅵ)的吸附,说明该吸附同时存在化学和物理过程,常温下最大理论吸附量可达25.85 mg/g。吸附过程也很好地用伪二级动力学模型描述,初始阶段吸附较快,之后逐渐达到平衡。(2)BET结果显示经阳离子表面活性剂改性可增加菌糠吸附剂的比表面积和孔径;Zeta电位分析显示改性后吸附剂表面呈正电性,有利于吸引溶液中以阴离子形式存在的Cr(Ⅵ);EDX分析中元素含量的变化表明DDAB增加了离子交换和络合物形成的可能;FTIR分析结果显示吸附剂表面羧基、胺基、羟基、烷基链和磷酸基团等都参与了Cr(Ⅵ)的吸附;吸附后,XRD检测到Cr-O化合物的晶体结构,扫描电镜也观察到改性菌糠表面出现了片状颗粒;XPS分析中的峰和结合能证实部分Cr(Ⅵ)还原为Cr(III)。综上所述,改性菌糠对Cr(Ⅵ)的吸附过程是离子交换、静电吸引、络合作用和还原反应多种机制共同作用的结果。(3)改性菌糠固定床吸附柱试验表明,Cr(Ⅵ)的进水浓度、流速和柱床高度是动态条件下影响吸附剂对Cr(Ⅵ)吸附的关键因素。随Cr(Ⅵ)的进水浓度增加,吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附效能提升,但是加快了吸附剂的衰竭。同时,过高的流速也不利于吸附,衰竭时间从1295 min缩短到520 min。此外,柱床高度的增加(从10 cm增加到30 cm),可使吸附量增加11%。Thomas模型对动态条件下改性菌糠吸附Cr(Ⅵ)拟合效果更好。
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