改性核桃壳对废水中Cr(Ⅵ)的吸附研究

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随着现代工业的快速发展,产生了大量含铬废水。这些废水随意排放对人类的健康和生存环境造成了严重地威胁。受到农林废弃物自身特点限制,为提高吸附剂的吸附率,在实际应用中,多采用改性材料作为吸附剂。吸附剂改性后可以有效地改善吸附介质的酸碱性并提高吸附效率,对于水中重金属离子的去除和回收显示出很大的优势和发展潜力。  本文选用产自新疆核桃作为原材料,对核桃壳进行碾碎、筛分及清洗制成一定粒径的吸附剂备用。将备用核桃壳进行磷酸改性、甲醛-硫酸改性和氨基改性等化学改性,利用未改性和这三种改性吸附剂处理低浓度含Cr(Ⅵ)废水。通过静态吸附实验,探讨了吸附剂投加量、水样初始pH值、水样初始浓度、吸附时间和吸附温度等因素对Cr(Ⅵ)吸附效果的影响;采用扫描电镜、红外光谱等分析检测技术,配合吸附等温模型和吸附动力学方程拟合等深入研究吸附剂对水中Cr(Ⅵ)的吸附机理,为改性核桃壳在处理含重金属废水中的应用提供了理论数据。  吸附实验表明:利用核桃壳处理50mL初始浓度为20mg/L的Cr(Ⅵ)模拟废水,(1)控制反应温度为30℃,调节水样初始pH值为1.0,未改性核桃壳投加量为24g/L,120min后,吸附达到平衡,Cr(Ⅵ)的去除率达到93.1%,此时水中剩余Cr(Ⅵ)的浓度为1.38mg/L;(2)控制反应温度为35℃,水样初始pH值为5.89,磷酸改性核桃壳投加量为16g/L,120min后,体系吸附基本完全,此时Cr(Ⅵ)的去除率为99.4%。吸附后水中剩余Cr(Ⅵ)的浓度为0.12mg/L;(3)控制反应温度为30℃,调节水样初始pH值为1.0,甲醛-硫酸改性核桃壳投加量为24g/L,100min后,吸附达到平衡,此时Cr(Ⅵ)的去除率可以达到98.4%。吸附后水中剩余Cr(Ⅵ)的浓度为0.32mg/L;(4)控制反应温度为30℃,水样初始pH值为5.89,氨基改性核桃壳投加量为10g/L,180min后,达到吸附平衡,此时Cr(Ⅵ)的去除率可以达到98.6%。吸附后水中剩余Cr(Ⅵ)的浓度为0.28mg/L。可见,三种改性核桃壳吸附Cr(Ⅵ)出水均能满足《污水综合排放标准》GB8978-2002一类污染物标准,而未改性核桃壳达不到要求。  动力学方程拟合结果表明,未改性核桃壳和三种改性核桃壳吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附过程都满足拟二级动力学方程,相关系数分别为0.9957、0.9950、0.9996和0.9997。说明Cr(Ⅵ)吸附过程为化学吸附所控制。  等温模型拟合结果表明,未改性核桃壳吸附等温模型更符合Freundlich模型,Langmuir等温吸附方程能更好地描述磷酸改性、甲醛-硫酸改性和氨基改性核桃壳对Cr(Ⅵ)的吸附行为,拟合最大吸附量分别为3.63、2.11、6.15mg/g,与实验数值接近,属于单层吸附。  本研究采用SEM和FTIR等技术手段对未改性和三种改性核桃壳进行了分析,初步推测Cr(Ⅵ)吸附机理可能是表面络合和静电吸附等其中一种或共同作用的结果。Cr(Ⅵ)吸附过程不是单一的物理或化学吸附,而是两者共同作用的一个复杂过程。
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