改性活性炭纤维对重金属离子的吸附性能和对染料的脱色性能研究

发布时间：2019-11-02 10:10

【摘要】：活性炭纤维(ACF)作为活性炭的升级产品,因其较大的比表面积和微孔结构,具有良好的吸附性能,可用于水中有机及无机污染物的去除。从目前的研究现状看,选择性吸附以及再生利用问题是限制活性炭纤维发挥吸附优势的主要障碍之一。含重金属废水及染料废水由于其环境危害大且较难处理,一直是我国严格控制的两类废水。目前,对该类废水的处理多是以化学法去除重金属离子及有机物为目的,并没有实现重金属的回收利用以及色度的稳定达标。本课题对ACF进行氧化改性,提高吸附性能,经多次再生后反复利用,以含重金属废水及染料废水为例,研究改性前后ACF对电镀废水中Cu2+、Zn2+、Ni2+离子的吸附回收及对酸性大红、碱性大红、直接大红染料中色度的去除效果,获得阶段性研究成果如下：(1)浓HN03改性后ACF表面含氧基团含量高于H202水溶溶液改性。控制改性温度为60℃,改性时间为2h,浓HN03的改性效果最佳(记作ACF-N-2h),表面含氧基团增加了3倍以上,羧基增加近7倍。(2)实验表明：ACF-N-2h的对重金属离子吸附效果最好,pH为6,反应时间为2h, Cu2+、Zn2+、Ni2+三种重金属离子的去除率分别达到99.5%,90.7%,98.9%。吸附过程较好地符合Langmuir等温吸附模型及准二级反应动力学模型,相关系数R2均可达到0.999。(3)改性后ACF的脱色效果并没有显著提升。正交试验表明：各因素影响程度的主次顺序为pH表面含氧基团种类反应时间。准二级动力学方程可以较好的描述ACF对染料废水的吸附动力学过程。(4)处理实际电镀废水及印染废水的实验证明：温度为25℃,pH为6,反应时间为2h, ACF-N-2h吸附效果最好,Cu2+、Zn2+、Ni2+的去除率分别达到99%,83%,98.3%。吸附饱和后的ACF可经过再生实现重金属的回收利用。温度为25℃,pH为7,反应时间为80min, ACF对实际酸性大红印染废水的色度去除率为97.1%,实现色度的稳定达标。(5)再生后ACF的吸附容量可恢复到98.7%。再生利用5次以后,吸附容量仍可达到95.6%,此时C元素的比重略有下降,仍达到85%以上,炭纤维破损程度较小。
【图文】：

图２．１邋ＡＣＦ的电镜及能谱图逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｔｈｅ邋ＳＥＭ邋／ＥＤＳ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ＡＣＦ逡逑注：（１）预处理邋ＡＣＦ邋的邋ＳＥＭ邋图；（２）邋Ｈ２0：－ＡＣＦ－２ｈ邋的化Ｍ邋困；Ｇ）邋ＨＮ0３－ＡＣＦ－２ｈ邋的邋ＳＥＭ邋图；逡逑

图３．２吸附时间对吸附效果的影响逡逑巧邋ｇ邋３．２邋Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｔｉｍｅ邋ｏｎ邋ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｈｅａｖｙ邋ｍｅｎｔａｌ邋ｉｏｎｓ邋ｏｎ邋ＡＣＦ逡逑由图３．２可１＾看出，Ｈ种重金属离子的去除率由上及下依次为Ｃｕ２＋、Ｎ产、逡逑Ｚｎ２＋离子。反应初始吸附阶段，离子去除率增加的很快，，ｌＯｍｉｎ的时候对Ｃｕ２＋、逡逑Ｚｎ２＋、Ｎｉ２＋的去除率分别可达到８９．６２％，６９．１４％，邋６６．１１％，原因是此时改性ＡＣＦ逡逑表面裸露，且溶液的初始浓度大，对吸附有利。随着反应时间的增长，上升趋势逡逑逐渐变缓，这是因为炭纤维表面被吸附的重金属离子覆盖，吸附剂表面与溶液之逡逑间的浓度梯度变小，不利于吸附过程的进行。反应进行到１２０ｍｉｎ时，ＡＣＦ－Ｎ－２ｈ逡逑对打户、Ｚｎ２＋、Ｎ产的去除率分别达到９８．５４％，邋９３．７６％，８３．９８％，ｎＯｍｉｎＷ后逡逑去除率变化不大，可认为１２０ｍｉｉｉ时吸附基本达到平衡。逡逑３．３．３邋ｐＨ对吸附的影响逡逑分别取ｌＯＯｍＬ的含铜、含巧、含壤模拟重金属离子溶液于小烧杯中
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

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本文编号：2554446