改性ACF吸附废液中六价铬的研究

发布时间：2020-04-02 10:04

【摘要】：水污染给人类带来的威胁日益严峻,其中,废水中重金属六价铬离子排放量大,处理难度高,对人类的危害尤为严重。利用活性炭吸附法处理工业含铬废水,具有操作简单,吸附效率高,投资少,无二次污染等优势。活性碳纤维(ACF)作为新一代活性炭,孔结构以微孔为主,孔径小且分布窄,对重金属离子具有很强的物理吸附作用。但是,活性碳纤维表面活性基团较少,对六价铬离子化学吸附能力不足,其总吸附容量尚有提升空间。因此,可通过对ACF进行表面修饰改性,引进活性基团,进一步扩充对六价铬离子的吸附容量。聚乙烯亚胺(PEI)是一种无毒的无定型化合物,富含大量活性氨基,对水中六价铬离子有非常好的化学吸附效果。基于此,本文制备了PEI@ACF和具有光催化活性的TiO_2@PEI@ACF,探究两种吸附剂对六价铬离子的去除效果,最终实现高效去除废水中的六价铬离子。具体研究结果如下:1.采用PEI对ACF进行表面化学修饰,使其表面接枝了氨基,提高其对六价铬的吸附能力。接枝所用的PEI分子的相对分子质量为10000,质量分数为10%时,制备的PEI@ACF对六价铬的吸附效果最佳。此时,对于吸附初始浓度为100 mg L~(-1)六价铬溶液,在pH分别为1、2、3、5、7的环境下吸附能力比未改性ACF在同等条件下分别提高了0.4%、15.9%、18.4%、15.6%和21.8%。PEI@ACF对六价铬的吸附性能受到温度和pH的影响较大,升高温度、降低溶液pH值有利于PEI@ACF对六价铬离子的吸附。PEI@ACF对六价铬离子的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,属于单层表面吸附,理论最大吸附容量为532.1 mg g~(-1)。PEI@ACF经过6次吸附-脱附再生过程,静态吸附依然可保有原吸附容量的80%,显示了PEI@ACF作为吸附材料具有优异的循环利用性,可靠性高。通过建立穿透曲线,表明了PEI@ACF具有较强的连续吸附能力,当水力停留时间为35 min时,穿透点为1400 mL,吸附终点为2900 mL,对于进水浓度为100 mg L~(-1),pH=2的含铬废水,可保证在连续进水24 h内去除率达到99.5%以上,出水符合国家排放标准。2.采用水热法制备了TiO_2@PEI@ACF,并用于含铬废水的处理,通过光催化-吸附作用,进一步提高对水中六价铬的去除率。TiO_2负载量对光催化去除六价铬的效果影响很大,研究得出当TiO_2与PEI@ACF的投料质量比为1:1时,去除效果最佳。批次实验发现,光催化去除六价铬离子的影响因素主要有pH、六价铬初始浓度、光照时间等。去除率随pH值的减小,光照时间的延长,六价铬初始浓度降低而提高。TiO_2@PEI@ACF静态光催化-吸附六价铬比相同条件下PEI@ACF的吸附的去除率有了显著提高。pH=2时,TiO_2@PEI@ACF光催化-吸附100 mg L~(-1)六价铬的去除率为99.6%,满足国家排放标准。对于10 mg L~(-1)六价铬离子,可实现在相对温和的pH条件下保持95%以上的去除率,出水满足国家排放标准,以此可简化工业净水工艺,节约成本。本文通过接枝PEI于活性碳纤维提高了对水中六价铬离子的吸附能力。在PEI@ACF表面负载TiO_2,通过光催化-吸附作用进一步提高了对水中六价铬的去除率。因此,PEI@ACF和TiO_2@PEI@ACF可作为潜在的吸附剂用于实际工业含铬废水的处理。
【图文】：

图 1.1 二氧化钛负载活性炭光催化还原Cr(Ⅵ）示意图.1 Diagram of Cr (Ⅵ) photocatalytic reduction on TiO2-AC

图 1.2pH值对负载纳米铁活性炭纤维去除Cr(Ⅵ）的性能的影响he effect of pH value on the performance of Cr(Ⅵ）removal forAC生物/活性炭吸附材料微生物与碳材料结合是一种新型的改性方式，其本质是微生物华力、氢键、静电作用、共价键及离子键等复杂的相互作用实炭在复合吸附材料中扮演微生物固定材料的角色。活性炭因，良好的生物相容性，耐生物腐蚀性及较高的机械强度，是最物的载体材料之一[61]。Quintelas[62-65]首先在粒状活性炭上固定研究了浓硝酸、双氧水改性对活性炭挂生物膜效果的影响，，结性的活性炭对微生物有更好的亲和力，在 Cr(Ⅵ）初始浓度为能力达到 8.5 mg g-1。随后又对比了不同初始浓度（100、50、链球菌、大肠杆菌和革兰氏阳性菌对六价铬的去除能力，如种微生物在不同的初始浓度下各具优势，提出微生物代谢产
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;TQ424

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本文编号：2611804