聚吡咯负载活性炭去除水中硝酸盐的研究

发布时间：2018-01-08 21:00

  本文关键词：聚吡咯负载活性炭去除水中硝酸盐的研究　出处：《中国地质大学(北京)》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：近年来,水体中硝酸盐污染在全球范围内受到了广泛关注。由于化肥的过量使用和工业废水的不合理排放导致多个地区的地表水与地下水受到了严重的硝酸盐污染。饮用水中硝酸盐浓度过高会对人体健康造成严重威胁。因此,为保护饮用水水源,研发能够高效去除水中硝酸盐的技术具有十分重要的意义。目前,生物反硝化法和电化学还原法是两种比较常用的处理水中硝酸盐的方法,但生物反硝化法需外加碳源且易受温度等条件的限制;电化学还原法会产生氨氮且容易受溶液pH的影响。吸附法因其操作简单、易于设计以及成本低廉等优点更适用于水中硝酸盐的去除。本研究采用原位聚合法制备新型聚吡咯负载活性炭(PPy-AC)材料以吸附去除水中的硝酸盐。采用响应曲面实验设计确定PPy-AC的最佳制备条件;采用扫描电镜(SEM)、比表面积及孔隙分析仪(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对所制备的吸附材料进行表征,研究了吸附剂投加量、硝酸盐初始浓度、溶液pH和共存离子等因素对硝酸盐去除性能的影响,并对吸附剂的形态、化学结构以及化学组分进行了分析。结果表明:聚吡咯成功地负载到了活性炭表面,当溶液pH介于3~10时,PPy-AC对硝酸盐的去除效率达90%以上,测得PPy-AC的零点电位(pHzpc)为9.05;硝酸盐的吸附过程为放热且是自发的过程,几乎不受溶液pH和温度的影响,吸附过程符合伪二级动力学模型和Redlich Peterson吸附等温模型,使用Langmuir等温模型拟合得到PPy-AC的最大吸附容量为13.36 mg NO3--N/g。通过对吸附剂质量和电荷平衡的计算表明,附载到活性炭表面的聚吡咯中,仅有约8.4%的氮在吸附去除硝酸盐过程中发挥作用。PPy-AC吸附去除硝酸盐的机理主要为离子交换和静电引力作用,并伴随颗粒内扩散过程。综上所述,本研究中采用聚吡咯改性活性炭能够有效吸附去除水中的硝酸盐,是一种成本低廉、简单高效的水处理方法。
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本文编号：1398627