典型固体废弃物衍生吸附剂的制备及其应用

发布时间：2017-10-27 05:15

  本文关键词：典型固体废弃物衍生吸附剂的制备及其应用

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【摘要】：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。
【关键词】：典型固体废弃物 资源化 碳基吸附剂 重金属离子
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X705;TQ424;X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 主要符号11-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景和意义12
• 1.2 含重金属废水处理方法12-15
• 1.2.1 化学法12-13
• 1.2.2 生物法13-14
• 1.2.3 物理化学法14-15
• 1.3 固体废弃物的处置现状与趋势15
• 1.4 碳基吸附剂的研究进展15-17
• 1.4.1 碳基吸附剂的制备方法16
• 1.4.2 碳基吸附剂的改性方法16-17
• 1.5 碳基吸附剂的应用现状17-18
• 1.5.1 碳基吸附剂在重金属废水处理中的应用17
• 1.5.2 吸附剂对重金属离子的吸附机理17-18
• 1.6 研究内容18-20
• 第二章 实验材料与方法20-30
• 2.1 实验设备和试剂20-21
• 2.1.1 实验原料和试剂20
• 2.1.2 实验设备和检测仪器20-21
• 2.2 实验方法21-24
• 2.2.1 原料预处理21
• 2.2.2 碳基吸附剂的制备方法21-22
• 2.2.3 碳基吸附剂的制备装置22
• 2.2.4 静态吸附实验22-24
• 2.2.5 重金属离子含量的测定24
• 2.3 表征分析方法24-26
• 2.3.1 工业分析和元素分析24-25
• 2.3.2 扫描电镜(SEM)分析25
• 2.3.3 热重(TG-DTG)分析25
• 2.3.4 红外光谱(FT-IR)分析25
• 2.3.5 能谱分析25
• 2.3.6 比表面积和孔径结构测定25
• 2.3.7 Boehm滴定法25-26
• 2.4 吸附计算模型26-29
• 2.4.1 吸附热力学模型26
• 2.4.2 吸附等温线模型26-28
• 2.4.3 吸附动力学模型28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 吸附剂制备及其对单一组分重金属离子吸附行为研究30-58
• 3.1 原料的性质30-31
• 3.1.1 元素分析和工业分析30
• 3.1.2 TG-DTG分析30-31
• 3.2 KOH与水蒸气活化法制备碳基吸附剂31-32
• 3.2.1 原料的预处理31
• 3.2.2 碳基吸附剂的制备31-32
• 3.3 碳基吸附剂对铜、铅、锌离子的吸附行为32-56
• 3.3.1 温度对吸附容量的影响32-38
• 3.3.2 时间对吸附容量的影响38-40
• 3.3.3 吸附动力学40-44
• 3.3.4 溶液pH值对吸附容量的影响44-46
• 3.3.5 吸附等温式46-53
• 3.3.6 吸附剂用量对去除率的影响53-54
• 3.3.7 吸附前后溶液体系pH值的变化54-55
• 3.3.8 解吸与循环吸附实验55-56
• 3.4 本章小结56-58
• 第四章 吸附剂的改性及其吸附行为研究58-64
• 4.1 吸附剂的改性方法58-59
• 4.1.1 表面氧化改性58
• 4.1.2 阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)改性58
• 4.1.3 氯化盐改性58-59
• 4.2 改性前后吸附容量的变化59-61
• 4.2.1 HNO_3表面氧化改性前后吸附容量的变化59
• 4.2.2 阴离子表面活性剂改性前后吸附容量的变化59-60
• 4.2.3 氯化盐浸渍改性前后吸附容量的变化60-61
• 4.3 改性吸附剂的解吸与循环吸附实验61-63
• 4.3.1 HNO_3表面氧化改性吸附剂的解吸与循环吸附实验61-62
• 4.3.2 SDS表面活性剂改性吸附剂的解吸与循环吸附实验62
• 4.3.3 氯化盐改性吸附剂的解吸与循环吸附实验62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 吸附剂的表征及对重金属的吸附机理研究64-76
• 5.1 红外光谱FT-IR64-65
• 5.2 Boehm滴定65-66
• 5.2.1 吸附前Boehm滴定65-66
• 5.2.2 吸附后Boehm滴定66
• 5.3 比表面积和孔径分布66-67
• 5.4 SEM与EDS67-71
• 5.5 电子能谱XPS71-72
• 5.6 吸附机理分析72-73
• 5.7 吸附剂吸附重金属的吸附机理探讨73-74
• 5.8 本章小结74-76
• 第六章 多组分重金属离子吸附行为的研究76-90
• 6.1 两种重金属离子共存76-83
• 6.1.1 二元系溶液中不同浓度Cu~(2+)或Zn~(2+)对Pb~(2+)吸附容量的影响76-77
• 6.1.2 二元系溶液中不同浓度Pb~(2+)对Cu~(2+)吸附容量的影响77-78
• 6.1.3 二元系溶液中不同浓度Pb~(2+)对Zn~(2+)吸附容量的影响78
• 6.1.4 双组份共存吸附等温线78-83
• 6.2 多组分重金属离子共存83-88
• 6.2.1 多组分溶液中不同浓度Pb~(2+)和Zn~(2+)对Cu~(2+)吸附容量的影响83-84
• 6.2.2 多组分溶液中不同浓度Cu~(2+)和Zn~(2+)对Pb~(2+)吸附容量的影响84-85
• 6.2.3 多组分溶液中不同浓度Pb~(2+)和Cu~(2+)对Zn~(2+)吸附容量的影响85
• 6.2.4 多组分溶液中不同浓度共存离子对目标离子吸附等温线的影响85-88
• 6.3 本章小结88-90
• 第七章 全文总结及展望90-92
• 7.1 全文总结90
• 7.2 展望90-92
• 参考文献92-99
• 攻读硕士期间发表论文99-100
• 致谢100

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本文编号：1102064