【摘 要】
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垃圾渗滤液中存在大量重金属离子,由于重金属污染严重,目前已成为国内外关注的热点问题之一。吸附法作为一种简单有效的方法被广泛运用于水处理中。本文将金属氧化物通过包埋的方式负载于壳聚糖上,并对其进行性能优化,制得CS/HFO和CS/Mn Fe_2O_4凝胶球,系统研究了其对单组分体系、二元金属体系以及垃圾渗滤液中Cr(VI)和Ni(II)的吸附特性,包括p H、反应时间、重金属初始浓度、温度、投加剂量
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垃圾渗滤液中存在大量重金属离子,由于重金属污染严重,目前已成为国内外关注的热点问题之一。吸附法作为一种简单有效的方法被广泛运用于水处理中。本文将金属氧化物通过包埋的方式负载于壳聚糖上,并对其进行性能优化,制得CS/HFO和CS/Mn Fe2O4凝胶球,系统研究了其对单组分体系、二元金属体系以及垃圾渗滤液中Cr(VI)和Ni(II)的吸附特性,包括p H、反应时间、重金属初始浓度、温度、投加剂量、竞争物质等的影响,对比了两种吸附材料对于不同重金属的工作性能。同时对垃圾渗滤液进行循环利用以及静态、动态吸附研究,对吸附前后的材料进行FTIR、XRD、SEM及EDS表征分析,探讨了不同吸附剂对重金属的吸附机理。最终得出如下结论:(1)CS/HFO及CS/Mn Fe2O4的制备及表征:对CS成球效果进行研究,确定CS成球的最佳浓度为0.04g/m L,醋酸的体积分数为0.50%,HFO及Mn Fe2O4的最佳投加量分别为1.2g和1.0g。对两种吸附材料进行FTIR、XRD、SEM及EDS表征分析,结果表明,HFO、Mn Fe2O4被成功负载于CS载体内且改性后的材料均呈现无定形结构,其内部存在孔道,CS/HFO的微观形貌呈薄片状,CS/Mn Fe2O4则为紧凑的针状晶体。(2)在单组分体系中,随着CS/HFO和CS/Mn Fe2O4投加量的增加,Cr(VI)和Ni(II)的去除率持续上升且两者的最佳吸附p H分别为3和5.5。对动力学进行研究可知,拟二级动力学模型能更好的描述CS/HFO和CS/Mn Fe2O4对Cr(VI)和Ni(II)的吸附过程。吸附等温线结果表明,CS/HFO、CS/Mn Fe2O4对Cr(VI)的吸附过程分别符合Freundlich模型和Langmuir模型,对Ni(II)的吸附过程分别符合Langmuir模型和Freundlich模型。两种材料对Cr(VI)的吸附均为自发、放热、熵减的过程,对Ni(II)的吸附过程均为自发、吸热、熵增过程。(3)在二元体系中,Cr(VI)和Ni(II)的最佳p H分别为3和5.5,且存在明显的协同吸附效应。CS/HFO和CS/Mn Fe2O4对二元金属体系中Cr(VI)、Ni(II)的吸附在210min时达到平衡状态。增加Cr(VI)或Ni(II)的初始浓度,其平衡吸附量均得到显著提升,增加吸附剂投加量,其去除率也随之增加。根据竞争性实验可知,相同电性离子间能产生抑制作用,不同电性离子间能产生促进效应。(4)不同p H条件下CS/HFO和CS/Mn Fe2O4对垃圾渗滤液中Cr(VI)和Ni(II)的吸附能力各异,其中对体系p H由小到大的调节更有利于其吸附。通过研究垃圾渗滤液的静态吸附实验发现,两种吸附剂对Cr(VI)、Ni(II)的吸附效果均低于二元体系,其中对Cr(VI)的吸附能力优于单一体系,对Ni(II)的吸附量则低于单一体系。对吸附渗滤液之后的CS/HFO和CS/Mn Fe2O4凝胶球进行再生循环与利用研究,经过6次循环实验仍能保持较好的吸附效果。从动态吸附实验可以看出,CS/HFO对于Cr(VI)、CS/Mn Fe2O4对于Ni(II)均有较长的有效吸附时间。(5)溶液中Cr(VI)和Ni(II)的吸附过程主要涉及静电吸引、螯合、离子交换作用等,在阴阳离子共存的体系中,Cr(VI)和Ni(II)存在明显的协同吸附效应,相同电性的离子也存在明显的抑制效应,其选择吸附性主要与水化学性质、电负性以及离子交换能力有关。CS/HFO和CS/Mn Fe2O4对于溶液中Cr(VI)、Ni(II)的吸附能力存在一定差异,其中CS/HFO对金属阴离子Cr(VI)的选择性更高,CS/Mn Fe2O4对于Ni(II)的选择性更强。
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