改性棕榈丝吸附水中重金属的研究

发布时间：2020-07-12 17:54

【摘要】：本文以廉价的天然生物质材料棕榈丝(PT)为原料,制备了NaOH改性棕榈丝(NaOH-PT)、十二烷基苯磺酸钠改性棕榈丝(SDBS-PT)和低温焚烧棕榈丝(Ash-PT)三种棕榈丝衍生物吸附剂,并将其应用于对水中阳离子Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)和阴离子Cr(Ⅵ)的吸附上,对吸附过程的影响因素及吸附机理进行了详细的探讨。 本文通过考察在相同吸附条件下,不同改性条件所得的吸附剂对水中重金属的去除率得到：NaOH改性的最佳条件——NaOH浓度3%(w/w),改性温度25℃,改性时间5h; SDBS改性的最佳条件——SDBS浓度5g·L-1,改性温度35℃,改性时间5h。 通过扫描电镜、比表面积测定、傅里叶红外光谱分析、X-ray衍射分析以及Bohem滴定等手段,对实验所用的吸附剂进行表面特性和活性基团的鉴定。分析结果表明：NaOH和SDBS改性使得棕榈丝原来闭合的孔道膨胀；低温焚烧处理的仍保留棕榈丝的基本骨架,呈蜂窝状。相对PT而言,NaOH-PT、SDBS-PT和Ash-PT的比表面积分别提高了232%、116%和408%。NaOH改性能够有效的提高吸附剂中纤维素的相对含量；SDBS被有效的接枝到棕榈丝的表面；低温焚烧使得活性SiO2更充分的暴露在外。同时三种吸附剂的的总酸性基团均有所下降,总碱性基团有所上升。 在PT和NaOH-PT对Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的吸附研究方面,分别考察了时间、温度、初始浓度、溶液pH值、阳离子电解质、有机配位体以及其它重金属离子的竞争对吸附效果的影响。实验结果表明：在25℃下,PT和NaOH-PT对Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的吸附基本在300min之内完成；随着温度和初始浓度的升高,PT和NaOH-PT对Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的吸附量均逐渐增加；溶液pH值对吸附过程影响较大。该吸附过程能够很高的符合准二级动力学模型,吸附等温线其中Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)同时符合Langmuir吸附等温模型和Freundlich吸附等温模型,Cr(Ⅵ)只满足Freundlich吸附等温模型。NaOH改性后对Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)吸附量增大,分别提升了190%,96%,104%；对Cr(Ⅵ)略有降低,降低了1%。NaOH-PT吸附过程AG0,△H在36-188kJ-mol-1范围内,△S值在90-217J·(mol·K)-1范围内,这些参数说明吸附过程为自发进行的吸热反应。 在SDBS-PT吸附Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的方面,实验结果表明：在25℃下,SDBS-PT对四种重金属污染物的吸附基本在300min达到吸附平衡；且相对于PT的吸附量分别提高55%,45%,78%和17%。在实验考察的pH(0-7)范围内,SDBS-PT对Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附量逐渐增大,对Cr(Ⅲ)的吸附量先增加后下降,对Cr(Ⅵ)的却逐渐减小。准二级动力学模型能够很好的拟合25℃下SDBS-PT对Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、 Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的吸附过程,相关系数R2均大于0.99。Langmuir吸附等温模型能够更好的描述吸附过程。。 对Ash-PT吸附Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)的诸多影响因素和吸附特性进行了研究。实验结果：相对于PT, Ash-PT对Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)的吸附量分别提高了2800%,1500%,1900%。溶液中阳离子电解质(Na+、Ca2+和Fe3+)的存在影响了Ash-PT对Ni(Ⅱ)、 Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)的吸附,且影响程度Fe3+Ca2+Na+;有机配位体的加入会降低吸附量,并且不同种类的重金属离子间存在着竞争吸附。该吸附过程的动力学在一定程度上都符合Elovich动力学模型,准一级动力学模型,准二级动力学模型。Langmuir吸附等温模型能够极好的描述Ash-PT对Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)的吸附过程,其R2值均0.99。热力学研究表明,Ash-PT吸附过程为自发进行的吸热反应,升高温度有利于吸附过程的进行。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703

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本文编号：2752308