三种农村废弃物对水中染料的吸附性能研究

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吸附法是处理水体中污染物的常见方法。常用的吸附材料如活性炭和高分子材料等使用成本较高。利用农村废弃物作为吸附剂处理印染废水不仅成本低操作容易,还能实现废弃物的资源化利用,是一种可能的替代方法。本文选用三种农村废弃物稻壳、木屑和玉米芯作为吸附剂,常见的阳离子染料亚甲基蓝和阴离子染料甲基橙作为吸附质,研究三种吸附剂对水体中亚甲基蓝和甲基橙的吸附性能。采用扫描电镜(SEM)、N2吸附脱附法、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、Zeta电位测试等方法对三种吸附剂进行表征。通过单因素变量实验,研究了p H、温度、吸附剂投加量、染料初始浓度、吸附时间、离子强度和共存离子对三种吸附剂吸附水中亚甲基蓝和甲基橙的影响。结果表明在温度为25℃,吸附时间为12 h,亚甲基蓝初始浓度为20 mg/L,溶液p H从2逐渐升到9,稻壳(1 g/L)对亚甲基蓝的吸附量由3.30 mg/g逐渐增加到16.26 mg/g,木屑(1 g/L)对亚甲基蓝吸附量由5.42 mg/g逐渐增加到18.62 mg/g,玉米芯(0.6 g/L)对亚甲基蓝的吸附量由10.52 mg/g逐渐增加到30.82 mg/g;温度为25℃,吸附时间为24 h,甲基橙初始浓度为5 mg/L,溶液p H从2逐渐升到9,稻壳(3 g/L)对甲基橙的吸附量由0.60 mg/g逐渐减少到0.08 mg/g,木屑(5 g/L)对甲基橙的吸附量由0.25 mg/g逐渐减少到0.04 mg/g,玉米芯(3 g/L)对甲基橙的吸附量由0.68 mg/g逐渐减少到0.08 mg/g。离子强度对三种吸附剂吸附亚甲基蓝有显著抑制作用,共存阳离子中Ca2+的抑制作用大于Na+的抑制作用。离子强度对稻壳和玉米芯吸附甲基橙有显著抑制作用,对木屑吸附甲基橙的抑制作用不显著。共存阴离子中NO3-的抑制作用大于Cl-的抑制作用。对三种吸附剂的吸附机理进行研究,三种吸附剂吸附亚甲基蓝的过程符合Langmuir等温吸附模型,吸附甲基橙的过程符合Freundlich等温吸附模型。三种吸附剂吸附亚甲基蓝和甲基橙的吸附过程符合准二级动力学模型。三种吸附剂在吸附亚甲基蓝过程中有静电引力、氢键和π-π相互作用。三种吸附剂吸附甲基橙的过程中有π-π相互作用和静电引力。热力学研究表明吸附过程可以自发进行,稻壳和玉米芯吸附亚甲基蓝是吸热过程,木屑吸附亚甲基蓝是放热过程,三种吸附剂吸附甲基橙均是放热过程。
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