板栗壳对废水中铅、镉、锌重金属污染物的吸附特性与处理效果研究

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近些年来,我国重金属的危害事件变得越来越多,极大的影响人们的生活和健康,常用处理低浓度重金属废水的方法运行费用高、投资大、操作复杂、管理不便、存在二次污染等,不容易解决废水中重金属离子及其回用等问题。本文主要针对重金属废水治理、探索寻求廉价和高效的重金属离子吸附剂,以解决重金属废水治理中面临的二次污染、运行成本高、能耗大等问题。利用农林废弃物处理含重金属工业废水,既能降低废水污染,还能做到以废治废,降低成本,进而加快农林废弃物的综合利用。我国板栗资源非常丰富,同时,板栗废弃物也在不断增多,将板栗壳进行回收利用,对节约能源,植物资源的可持续利用及环境保护都有很大作用。本文以废水中的Pb2+、Cd2+、Zn2+为研究对象,通过模拟实验研究了板栗壳吸附的性能,对其影响因素进行了实验研究探讨,并对吸附动力学、等温吸附进行了相关研究,为板栗在净化水质、处理废水、降低水处理成本、金属资源回收、拓宽生物吸附剂的利用范围方面提供了理轮与现实依据。本文研究成果有以下几个方面:(1)在0.15~3.2mm的粒径范围内,板栗壳对Pb2+的吸附影响较小,最佳吸附粒径为2mm,最大吸附率为95.69%;粒径对板栗壳吸附Cd2+的影响较大,最佳吸附粒径为0.15mm,最大吸附率为68.41%;粒径对板栗壳吸附Zn2+的有明显影响,最佳吸附粒径为2mm,最大吸附率为60.5%。(2)PH对板栗壳吸附重金属离子有很大的影响,板栗壳对Pb2+的吸附最佳PH为4~5,其最大吸附率为95.44%;板栗壳对Cd2+的吸附最佳PH为5左右,其最大吸附率为85.00%;板栗壳对Zn2+的吸附最佳PH为6,最大吸附率为86.15%。(3)随着板栗壳投加量的增加,Pb2+、Cd2+、Zn2+吸附率是先增大后减小,板栗壳投加量为0.2g时,Pb2+吸附率达到最大位97.31%;板栗壳投加量为0.4g时,Cd2+吸附率达到最大值96.45%;板栗壳投加量为0.3g时,Zn2+吸附率达到最大值87.87%。板栗壳投加量在0.025~0.5g时,Pb2+的吸附量由14.27mg/g降到0.84mg/g, Cd2+的吸附量由4.45mg/g降到0.45mg/g,Zn2+的吸附量由0.74mg/g降到0.10mg/g。(4)10~360min时间内,吸附率随温度的增加而增大,当吸附时间为360min时,不同温度下对Pb2+的吸附率均达到最大值;在吸附10~300min,吸附率随着温度的增加而增大,当吸附时间为300min时,不同温度下对Cd2+、Zn2+的吸附率均达到最大值。30℃下吸附360min时,板栗壳对Pb2+的最高吸附率为99.49%;30℃下吸附300min时,板栗壳对Cd2+的最高的吸附率为83.68%;40℃下吸附300min时,板栗壳对Zn2+的最高吸附率为85.35%。(5)Pb2+吸附率和吸附量随质量浓度增加而增大,Pb2+起始浓度为12mgg/L时,最大吸附率为86.76%,最大吸附量为4.75mg/g; Cd2+的吸附率随着其质量浓度的增加而减小,Cd2+初始浓度为lmg/L时,最大吸附率98.23%,Cd2+的吸附量随着其质量浓度的增加而增大,Cd2+初始浓度为6mg/L时,最大吸附量为2.18mg/g; Zn2+的吸附率随质量浓度的增加而减小,Zn2+初始浓度为0.2mg/L时,最大吸附率为75.2%,Zn2+的吸附量随质量浓度增加而增大,Zn"初始浓度为1.8mg/L时,最大吸附量为1.03mg/g。(6)竞争吸附中,Pb2+的吸附率和吸附量随着其质量浓度的增加而逐渐增大,Cd2+的吸附率随质量浓度的增加而减小,吸附量随质量浓度的增加而增大;Zn2+的吸附率随质量浓度的增加而减小,吸附量随着其质量浓度的增加而增大。竞争吸附中板栗壳对三种重金属离子吸附选择顺序为Zn2+>Cd2+>Pb2+,其中板栗壳对Cd2+的吸附率最高。(7)动力学吸附分为快速吸附和平衡脱附阶段,准二级动力学方程适合对板栗壳吸附重金属离子拟合,其相关系数大于0.999,板栗壳对Pb2+/Cd2+和Zn2+的吸附是由物理、化学反应控制。振荡器的转速、温度的变化等因素也会对其吸附速率产生一定的影响。(8) Langmuir模型和Freundlich两种模型方程都能较好的拟合板栗壳对Pb2+、Cd2+和Zn2+的等温吸附过程,其相关系数均为1.0000,说明板栗壳对Pb2+. Cd2+和Zn2+的吸附较复杂,既有单分子层吸附,又有多分子层吸附,可以确定两种吸附模式共存的现象。
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