随着城市化进程的不断加快,工业的快速发展,水环境中例如Cd²⁺、Zn²⁺等重金属离子污染愈发严重。吸附法由于其成本低、方便后续处理等诸多优势而被广泛应用在有色、臭、有机和无机废水处理工程中,而该方法的核心是选择一种适宜、高效的吸附剂,使污染物离子最大可能地被去除。褐煤作为一种储量巨大、有丰富的含氧官能团以及含有腐植酸大分子物质等优势的矿物质,近年来被广泛应用到环保及其他领域,但在利用过程中其也存在机械强度低、杂质含量高、易发生收缩或膨胀效应等劣势。因此,本文以采自云南弥勒某煤矿的褐煤作为原料,通过优化酸改性条件的方法成功制备出一种具有多种优良性质的褐煤基吸附剂,并对其进行性能表征与吸附能力试验,并关注在吸附过程中腐植酸的溶出情况,吸附后溶液通过投加铝盐絮凝剂的方式将游离腐植酸、重金属离子、腐植酸-重金属络合物质进行协同去除,最终保证水溶液的排放安全。本论文主要研究内容为以下四个部分:硝酸改性褐煤基吸附剂的制备:将采自云南弥勒某煤矿的褐煤作为原料,先通过单因素法以褐煤腐植酸含量与Cd²⁺、Zn²⁺的去除效果为目标大致确定反应时间、硝酸浓度、酸煤比三种反应条件;再利用响应曲面法优化改性条件,得到一个对含有Cd²⁺和Zn²⁺污染物离子溶液去除效果较好的,有效提高褐煤腐植酸含量的制备条件,后续实验使用的硝酸化褐煤均是在此条件下所制得。吸附剂各项表征与吸附批次实验:利用BET、SEM-EDS、FTIR、XRD、Zeta电位等表征手段对原始褐煤与硝酸化褐煤进行对比分析。结果表明,经适当浓度硝酸改性后,褐煤基吸附剂孔隙率增高;材料表面暴露出更多吸附位点,且Cd²⁺和Zn²⁺成功负载到了褐煤基吸附剂上;褐煤微晶结构并未被破坏;表面引入大量含氧官能团而导致Zeta电位值在所研究的p H范围内均为负,提高了反应体系的稳定性。系统地研究了原始褐煤与硝酸化褐煤对Cd²⁺和Zn²⁺的吸附性能,以及在各单因素条件下腐植酸的溶出情况。对于Cd²⁺和Zn²⁺而言,原始褐煤与硝酸化褐煤对二者的去除率均随着p H值的增大而逐渐增大;随着吸附剂粒径的减小而增大;随着吸附剂用量的增大而先增大后平衡;动力学实验数据拟合结果更符合准二阶动力学模型,说明吸附行为主要以化学吸附为主;等温线实验数据拟合结果更符合Langmuir等温线模型,吸附主要是表面单层吸附,通过分离因子R_L说明两种吸附材料对Cd²⁺与Zn²⁺的吸附都容易进行;热力学计算参数可知,两种吸附材料对Cd²⁺与Zn²⁺的吸附均是自发的吸热反应。对于腐植酸的溶出而言,随着p H值的增加,两种吸附剂溶出腐植酸的量先缓慢增加,当溶液呈弱碱或碱性时,腐植酸开始大量溶出;随着原始褐煤粒径的减小,腐植酸溶出量逐渐增加;随着两种吸附用量的增加与反应时间的延长,溶液中腐植酸含量先增加后保持平衡;随着温度的升高,两种吸附剂在水中溶出的腐植酸量均有一定程度的增加。褐煤基吸附剂再生与吸附机理探究:利用工业废水中常含有的几种盐溶液对吸附了重金属离子后的吸附剂进行解吸发现,两种重金属离子与褐煤基吸附剂的结合非常稳定。在整个吸附过程中,吸附效应是褐煤与腐植酸共同对重金属离子作用的结果,褐煤分子含有大量的酚羟基、羧基、羰基等含氧官能团,腐植酸分子含有大量的羰基、醌基、羧基、羟基、甲氧基等含氧官能团,这些官能团决定了褐煤及腐植酸对重金属离子具有一定的阳离子交换性、螯合性、以及发生其他一系列复杂化学反应的可能性,最终表现为二者协同作用共同去除溶液中的Cd²⁺和Zn²⁺,而硝酸与褐煤的反应促进了多孔形态的形成和硝基腐植酸含量的增加,进一步提高了硝酸化褐煤对重金属离子的去除效果。研究结果表明硝酸改性褐煤基吸附剂在处理含有Cd²⁺和Zn²⁺的溶液过程中表现良好,具有应用潜能。吸附后溶液的深度处理:吸附后的出水中,仍含有一些未被去除的重金属离子、游离的腐植酸分子以及二者的结合物质,无法达到排放标准,通过投加铝盐絮凝剂（氯化铝,Al Cl₃·6H₂O）以及利用铝盐的水解条件可将污染物进行协同去除。考察了溶液p H、铝盐絮凝剂的投加量、腐植酸的初始浓度三种因素对出水处理效果的影响,并得到了最佳的处理条件,保证了最终处理后出水的排放安全。