铁（氢）氧化物—壳聚糖改性铝污泥吸附水中重金属的研究

发布时间：2020-03-20 17:51

【摘要】：工业化和城市化进程的提高不断加剧重金属污染,水体重金属污染是目前全球最严峻的环境问题之一。重金属具有的高毒性以及在生物体内的蓄积性,使其对生态环境和人类健康造成了严重影响。本文采用操作简单、普适性强的吸附法去除水体中重金属离子。以净水厂副产物铝污泥为载体,负载铁(氢)氧化物和壳聚糖,成功制备成了一种吸附效果优良的新型复合吸附剂AlS-Fe-CS,为铝污泥作为吸附剂的资源化利用提供了新的改性方法,同时解决了铁(氢)氧化物、壳聚糖机械稳定性差和活性位点利用率低的问题。通过静态吸附实验研究了AlS-Fe-CS对一元、二元、三元系统中Cr~(6+)、Ni~(2+)、Cu~(2+)的吸附特性及机理,并探讨了二元及三元系统中重金属在吸附过程中的相互影响及AlS-Fe-CS选择吸附性。主要结论如下:(1)AlS-Fe-CS的制备:铝污泥投加量为3g,通过正交实验确定改性剂壳聚糖和FeCl_3?6H_2O最佳投加量分别为3g和8.11g。对比改性前后材料表征结果,壳聚糖和铁(氢)氧化物成功结合到铝污泥上,AlS-Fe-CS相比铝污泥表面更加蓬松粗糙。(2)一元系统中,pH、重金属初始浓度、吸附时间、温度等对重金属吸附均有着重要影响。Cr~(6+)的吸附量随pH升高而减小,Ni~(2+)、Cu~(2+)的吸附量随pH升高逐渐增大,pH≥6时,沉淀反应是Ni~(2+)、Cu~(2+)吸附量快速升高的主要原因。三种重金属离子吸附随时间的推移都表现为初期吸附量快速增长然后增速减缓至平衡的两阶段模式。升高吸附温度、增大初始浓度可有效提高Ni~(2+)、Cu~(2+)的平衡吸附量,但升温不利于Cr~(6+)的吸附。(3)多元系统中,Ni~(2+)、Cu~(2+)表现出强烈的竞争吸附,而Cr~(6+)、Cu~(2+)共存时,在AlS-Fe-CS上的吸附表现出了协同效应。在各因素综合影响下,AlS-Fe-CS对Cr~(6+)、Ni~(2+)、Cu~(2+)的吸附顺序为:Cr~(6+)Cu~(2+)Ni~(2+),Cr~(6+)、Cu~(2+)与AlS-Fe-CS结合能力远强于Ni~(2+)。随吸附时间延长,Cu~(2+)会逐渐取代已被吸附的Ni~(2+),但可以通过升高Ni~(2+)浓度而使其在与Cu~(2+)的竞争中占优势。(4)吸附机理:Cr~(6+)在AlS-Fe-CS上是不均匀的多层吸附,吸附过程主要是静电吸附-还原过程;Cu~(2+)、Ni~(2+)的吸附主要是与吸附剂表面—OH、—NH_2上的氮、氧原子共享孤对电子形成金属络合物。Cu~(2+)、Ni~(2+)电负性、一级水解常数差异可能是造成与AlS-Fe-CS亲和力不同的主要原因。而AlS-Fe-CS在实验pH条件呈正电性可能是Cr~(6+)在多元系统中始终保持优势吸附的主要原因,此外,Cu~(2+)对Cr~(6+)促进作用及Cu~(2+)、Ni~(2+)间的竞争作用也是造成三元系统中Cr~(6+)吸附量大于Cu~(2+)、Ni~(2+)的重要原因。
【图文】：

壳聚糖结构式天然壳聚糖是白色或黄白色片状或粉状固体，机械强度较差，成型能力弱，在水介

铁（氢）氧化物—壳聚糖改性铝污泥吸附水中重金属的研究

AlS-Fe-CS制备流程图
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

【参考文献】