生物吸附剂的制备及其对水体污染物去除性能的研究

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当今,水污染问题是一个日益凸显的严重问题,其中有机有毒染料和重金属是两类典型的污染物。对于这些污染物的去除方法有很多,其中吸附法由于成本低,操作简单等优点被广泛研究。本文选用了甘蔗渣,花生壳以及核桃壳这三种常见的农业废弃物作为原材料,制备了改性吸附剂用于去除模拟染料废水孔雀石绿和罗丹明B,模拟重金属废水Cd2+和Cu2+的去除。主要的研究内容包括:  (1)选用甘蔗渣作为原料,通过微波法合成Fe3O4用于对甘蔗渣进行磁改性,随后用柠檬酸进行化学改性,制备出能够快速、简便分离且吸附效果好的生物质吸附剂(MSB),对材料进行了SEM、FTIR表征,并用于去除模拟废水中的孔雀石绿(MG)。结果表明该吸附过程符合二阶动力学和Langmuir等温式,吸附以化学吸附为主并伴有一定的孔隙吸附,在最佳吸附条件下,MSB对孔雀石绿的吸附量为140mg/g,吸附去除率高达98%,去除效果远高于未改性甘蔗渣。因此,改性甘蔗渣的制备对于工业废水处理尤其是去除阳离子污染物具有十分重要的意义。  (2)以花生壳为原料,通过水热法制备CoFe2O4作为磁性原料,在没有添加还原剂的条件下制备了一种磁性生物吸附剂。通过吸附试验研究它对模拟罗丹明B废水的吸附性能,探究了吸附剂在罗丹明B水溶液处理中受温度,pH值,吸附剂投加量等因素的影响。结果表明当温度为50℃,pH为5时磁改性花生壳吸附罗丹明B的吸附性能最强。吸附动力学数据符合准二阶动力学模型,平衡实验数据符合Freundlich等温模型,吸附为多层吸附。  (3)在前期染料废水和磁性生物吸附剂研究的基础上,对吸附剂的制备方法作了新的探究。实验选择核桃壳作为生物质材料,CoFe2O4作为磁性原料,双硫腙作为化学改性剂进行了预实验,分别采用三种不同的处理方法对核桃壳进行处理:a、核桃壳炭化、磁改性后化学改性;b、核桃壳炭化后化学改性;c、核桃壳直接化学改性;并将吸附剂用于测试吸附Cd2+。结果表明双硫腙直接化学改性制备的生物吸附剂(DMS)显示了较好的Cd2+吸附能力。吸附的最佳吸附条件pH为6,温度为50℃,实验最大吸附量为29.14mg/g,最大去除率大于90%,吸附效果较好。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型,表明吸附以双硫腙和Cd2+络合反应为代表的化学吸附为主。  (4)使用巯基乙酸作为改性剂,直接化学改性将巯基引入到花生壳中。实验通过一个预实验分别测试了其对Cu2+,Cd2+,Pb2+三种金属离子的吸附能力,目的是选择吸附效果最佳的金属离子作为实验对象。数据结果显示巯基化花生壳对Cu2+的去除效果最佳,吸附的最佳吸附条件pH为4,吸附剂添加量1.0g/L,吸附温度为35℃。吸附过程符合准二级动力学模型和Temkin等温模型,吸附以化学吸附为主并伴有物理吸附,为多层吸附。
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