板栗壳和紫荆果壳对含油废水中重金属Cu2+、Cd2+的吸附性能研究

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工业生产排放的含油废水中除了油类污染物外,还含有重金属污染物,如果排放到环境中将严重污染生态环境,因此这类废水排放前需对重金属进行有效的处理。本研究试图从农林废弃物中筛选出对含油废水中重金属吸附去除效果好的废弃物取代成本高的活性炭作为吸附剂用于含油废水中重金属的去除。本文以农林废弃物生物质为原料制备吸附剂,对模拟含油废水进行吸附实验来筛选出对重金属离子(以Cu2+、Cd2+为代表)吸附性能较好的材料作为处理含油废水中重金属的吸附剂,并确定了最适吸附条件。同时利用动力学分析和等温吸附模型对Cu2+、Cd2+在吸附材料上的吸附行为进行了研究,利用对吸附材料的表征研究了其吸附机理。主要研究结果如下:(1)板栗壳作为吸附剂的静态吸附实验结果显示,其对含油废水中Cu2+和Cd2+的最适吸附条件是:振荡器速率为200 rpm、溶液初始p H不调节(5.78)、吸附反应温度为25℃、吸附反应时间60 min、吸附剂浓度5 g·L-1、粒径大小0.25-1 mm,此时对Cu2+和Cd2+的去除率分别达到93.9%和92.4%,同时乳化油的去除率为42.5%。通过动力学拟合发现,板栗壳对含油废水中乳化油的吸附更符合拟一阶动力学模型,对Cu2+、Cd2+的吸附更符合拟二阶动力学模型。由等温吸附模型拟合结果显示,板栗壳对含油废水中Cu2+、Cd2+的吸附更符合Langmuir等温吸附模型,为单层吸附。通过动态吸附实验发现,板栗壳对含油废水中Cu2+和Cd2+的最适吸附穿透条件为:进水流量为1.7 m L·min-1、吸附剂填充量为2 g。(2)紫荆果壳作为吸附剂的静态吸附实验结果显示,对含油废水中Cu2+、Cd2+的最适吸附条件是:振荡速率为200 rpm、溶液初始p H不调节(5.78)、吸附反应温度为25℃、吸附剂浓度5 g·L-1、粒径大小为0.154-0.25 mm、吸附反应时间60 min,此时紫荆果壳对Cu2+和Cd2+去除率分别达98.3%和97.6%。动力学拟合结果表示,紫荆果壳对含油废水中乳化油的吸附更符合拟一阶动力学模型,对Cu2+、Cd2+吸附更适用于拟二阶动力学模型。通过等温吸附模型拟合发现,紫荆果壳对Cu2+、Cd2+吸附更符合Freundlich等温吸附模型,为多层吸附。通过动态吸附实验发现,紫荆果壳对含油废水中Cu2+、Cd2+的最适穿透条件为:进水流量为1.7 m L·min-1、吸附柱填充量为2 g。(3)由板栗壳、紫荆果壳和活性炭作为吸附剂的静态吸附和动态吸附对比实验发现,紫荆果壳和板栗壳对含油废水中Cu2+and Cd2+的吸附去除效果要好于活性炭。通过动力学对比分析发现对Cu2+的吸附速率大小依次为紫荆果壳(22.9 mg·(g·min)-1)>板栗壳(0.9 mg·(g·min)-1)>活性炭(0.3 mg·(g·min)-1),对Cd2+的吸附速率大小依次为紫荆果壳(7.5 mg·(g·min)-1)>板栗壳(0.6 mg·(g·min)-1)>活性炭(0.09mg·(g·min)-1)。研究结果显示紫荆果壳和板栗壳能代替活性炭用于含油废水中重金属的去除。(4)利用SEM-EDS(扫描电镜-能谱分析)和Zeta电位对紫荆果壳和板栗壳表面特征进行了表征。SEM-EDS结果显示这两种材料表面形貌粗糙,结构分散,表明其表面有较多的吸附位点,显示均具有较好的吸附性能;Zeta电位结果显示这两种材料表面均带负电荷,对Cu2+、Cd2+存在静电吸附作用,因此对重金属阳离子具有较强的吸附性能,而对中性乳化油分子的吸附性能较差。
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