【摘 要】
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重金属离子作为废水中的主要污染物之一,严重危害着环境安全和人类健康。目前已发现多种去除废水中重金属离子的方法,包括沉淀法、离子交换法、浮选法、吸附法等。其中吸附法由于操作简单、效率高,成为去除重金属离子的最常用方法。常用的吸附剂材料有金属氧化物、石墨烯及分子筛等。然而,这些材料价格昂贵、不可降解和再生、实用性有限。近年来,生物炭材料因其成本低廉、来源丰富、环境友好等特点,被认为是理想的吸附材料。本
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重金属离子作为废水中的主要污染物之一,严重危害着环境安全和人类健康。目前已发现多种去除废水中重金属离子的方法,包括沉淀法、离子交换法、浮选法、吸附法等。其中吸附法由于操作简单、效率高,成为去除重金属离子的最常用方法。常用的吸附剂材料有金属氧化物、石墨烯及分子筛等。然而,这些材料价格昂贵、不可降解和再生、实用性有限。近年来,生物炭材料因其成本低廉、来源丰富、环境友好等特点,被认为是理想的吸附材料。本研究以夏威夷果壳为原料制备生物炭(MNS),并用羧甲基壳聚糖(CMC)和高铁酸钾(K2Fe O4)改性生物炭,探究了所制备吸附剂对废水中的Zn2+的吸附性能。主要研究内容如下:(1)采用高温焙烧法制备夏威夷果壳生物炭,分别采用化学交联、浸渍法得到CMC改性的生物炭(CMC@MNS)及K2Fe O4改性的生物炭(K2Fe O4@MNS)。利用TG-DTA、SEM、BET、FTIR、XRD等手段表征吸附剂,结果表明生物炭内部具有丰富的孔隙结构;引入CMC后,生物炭表面变得规整,存在羟基、氨基和羧基等功能基团;K2Fe O4改性后,生物炭表面变得粗糙,存在铁氧官能团,其吸附剂孔隙更加丰富,热稳定性更高。焙烧温度、吸附剂的用量、酸碱度均能影响吸附性能。MNS700的吸附容量为8.12 mg/g;CMC@MNS的吸附效果最好,吸附容量为97.09mg/g;K2Fe O4@MNS的吸附容量为63.29 mg/g。生物炭动力学模型为粒子间扩散模型,吸附过程符合Freundlich吸附等温模型,改性生物炭动力学模型为准二级动力学模型,吸附过程符合Langmuir吸附等温模型。在多元离子竞争吸附实验中发现CMC@MNS对Cu2+、Pb2+均有较高的吸附容量;Cu2+、Pb2+对Zn2+吸附影响较小。(2)降低进料浓度及流速、增加填料高度均有利于增加穿透时间,有利于Zn2+的吸附。动态吸附模型能够较好地拟合动态吸附数据,能够为工业上的实际使用提供参考。重复性实验证明CMC@MNS具有较好的重复使用性能。机理研究表明CMC@MNS吸附机理为活性官能团与Zn2+络合。
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