改性生物炭对水中锑的吸附行为研究

发布时间：2020-05-21 10:48

【摘要】：为了寻找对水中锑去除效果更好的吸附剂,本文通过改变吸附剂投加量、反应时间、吸附质初始浓度及反应pH,研究了生物炭及其改性产物(三价铝改性生物炭、高锰酸钾改性生物炭)对水中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附行为。通过生物炭及其改性产物对水中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的等温吸附实验和吸附动力学实验,并结合BET比表面积分析、SEM扫描电镜和FTIR红外光谱技术对生物炭及其改性产物进行表征,初步探讨了生物炭及其改性产物对水中Sb(Ⅲ)及Sb(Ⅴ)的吸附规律和吸附机理。得到如下主要结论:(1)25℃下,固液比为2.5g·L~(-1),反应时间为4h,pH为2.0时,生物炭(BC)、三价铝改性生物炭(Al-BC)和高锰酸钾改性生物炭(KMnO_4-BC)对Sb(Ⅴ)的最大吸附量分别为4.41、10.48、30.06 mg·g~(-1)。且三者对Sb(Ⅴ)吸附量均随pH的增大而逐渐减小。在25℃下,固液比为2.5g·L~(-1),反应时间为4h,pH为4.0时,BC、Al-BC和KMnO_4-BC对Sb(Ⅲ)的最大吸附量则分别为10.56、81.21、14.88 mg·g~(-1)。三种生物炭对Sb(Ⅲ)吸附效果在酸性条件下较好。(2)三种生物炭对Sb(Ⅴ)的等温吸附曲线符合Langmuir等温模型。BC和KMnO_4-BC对Sb(Ⅴ)的吸附动力学过程遵循拟二级动力学方程,Al-BC对Sb(Ⅴ)的吸附符合拟一级动力学方程。生物炭对Sb(Ⅴ)吸附过程为以物理吸附为主的物理-化学复合过程。而对Sb(Ⅲ)的吸附机理Al-BC和KMnO_4-BC有所不同,KMnO_4-BC对Sb(Ⅲ)的等温吸附曲线仍符合Langmuir等温模型,BC和KMnO_4-BC的吸附动力学过程仍遵循拟二级动力学方程,而Freundlich和拟一级动力学方程更符合Al-BC对Sb(Ⅲ)的吸附过程。三种生物炭对Sb(Ⅲ)吸附过程都以物理吸附为主,同时有化学吸附的参与。(3)表征实验结果表明,Al-BC吸附量大主要得益于其比表面积及孔容的增大,而KMnO_4-BC吸附能力的提高主要由于其表面附着的晶体,且改性前后生物炭的表面官能团变化不大。
【图文】：

图 3-1 BC(a)，，KMnO4-BC(b)和 Al-BC(c)在 SEM 下的形貌特征Fig. 3-1 SEM of BC(a), KMnO4-BC(b) andAl-BC(c)3.2红外光谱分析图 3-2 给出了三种生物炭的红外谱线图。由图发现，三种生物炭有 4 个相同的特征吸收峰，分别为 3422、1630、1384 和 1039cm-1附近。由解谱数据表(卢涌泉,1989; 孙航等,2016; 谢超然等,2016)，四处分别对应的是酚羟基（-OH）和氨基（-NH）、羰基（-C=O）、NH4+和纤维素等碳水化合物中 C-O 单键。三者在 3422cm-1与 1039cm-1处的吸收峰较强，表明生物炭含有大量羟基、氨基和羧基基团。有关研究(Das S K et al., 2007; Pradhan S et al., 2007)表明，氨基、羧基和羟基在Sb(Ⅴ)的吸附过程中起到重要的作用。酸性条件下，质子（H+）可以与生物炭表面官能团结合，如氨基、羧基等。质子化后的氨基可以通过静电作用吸引阴离子Sb(OH)6(孙福红等, 2016)。同时羧基是阴离子型Sb(OH)6在生物炭表面的主要吸附位点。在低 pH 值下，羰基（-C=O）主要以其质子化的羧酸分子形式存在（即-COOH）。有研究表明，在 pH 值为 1~4 间时，羟基与羧基会通过 Sb-O-C 键与阴
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】

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本文编号：2674167