典型固体废弃物衍生吸附剂的制备及其应用

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随着经济的迅速发展,重金属废水污染问题日趋严重,传统的废水处理方法存在成本高、处理不彻底和二次污染等问题,很难多方位满足当代发展的要求。如何以经济、有效、环保的方式解决重金属污染问题是当前面临的突出问题。碳基吸附剂因吸附速率快,原料廉价易得,易再生且吸附性能良好等优点而受到广泛关注,利用典型固体废弃物为原料制备碳基吸附剂,并应用于废水中重金属的脱除,既解决了典型固体废弃物的污染问题,又解决了重金属废水污染问题,有着广阔的应用前景。本文以典型固体废弃物:木屑、腈纶布、轮胎粉、稻壳为原料,利用KOH与水蒸气活化法制备碳基吸附剂,研究了它们对溶液中重金属离子Cu2+、Pb2+和Zn2+的吸附行为。运用FT-IR,比表面积测定仪、Boehm滴定、扫描电镜SEM、光电子能谱EDS、XPS等方法对碳基吸附剂进行表征;研究了溶液pH、温度、时间和吸附剂用量对吸附容量的影响;研究了重金属离子的吸附动力学、吸附热力学及吸附等温线;用三种方法对碳基吸附剂进行改性,考察了改性前后碳基吸附剂对重金属离子Cu2+、Pb2+和Zn2+吸附容量的变化;考察了碳基吸附剂的循环吸附能力;研究了多组分重金属离子的竞争吸附行为,并对吸附机理进行了探讨。由Cu2+、Pb2+和Zn2+的吸附行为可知:吸附容量随pH值升高而增大;吸附为放热过程;吸附速率很快,40min内基本达到吸附平衡,吸附动力学符合准二级动力学方程;AC1-AC8对Cu2+、Pb2+和Zn2+的吸附较符合Langmuir单分子层吸附模型,由D-R模型分析可知,AC1-AC8对Cu2+、Pb2+和Zn2+的吸附过程以化学吸附为主,兼有物理吸附。经HN03改性后的碳基吸附剂吸附容量均大于未改性之前的吸附容量,说明改性使碳基吸附剂表面官能团增加,更多活性中心暴露在吸附剂表面;用0.1mol/LHCl溶液可以解吸吸附饱和的碳基吸附剂;吸附前后溶液pH发生变化,说明在吸附过程中发生了重金属离子与碳基吸附剂表面官能团(羟基、羧基)的离子交换反应;根据吸附前后XPS谱图峰面积的不同,认为羧基与重金属离子Pb2+、Zn2+之间存在离子交换作用;碳基吸附剂AC1-AC8对重金属离子Cu2+、Pb2+和Zn2+的吸附以化学离子交换吸附为主,兼有物理吸附。最后,本文深入研究了碳基吸附剂AC1、AC2、AC3和AC8对双组分重金属离子溶液的竞争吸附效应。对双组份Cu2+/Pb2+(Cu2+为共存离子,下同)和Zn2+/Pb2+的吸附行为研究表明,Cu2+或Zn2+共存对Pb2+的吸附,抑制作用和促进作用同时存在,与溶液中重金属离子浓度有很大关系;双组份Pb2+/Cu2+、Pb2+/Zn2+的吸附行为研究表明,Pb2+对Cu2+和Zn2+离子的吸附表现为抑制作用。
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