改性活性炭的制备及其吸附微污染水源水中Ni2+的研究

摘要

水资源的严重污染以及水质标准的不断提高使得人们日益关注饮用水污染问题，突发性的重金属污染事故往往给供水厂的正常运行带来严重影响。重金属镍因其致癌性及污染事件的发生而受到重视。活性炭吸附法因其工艺简单、活性炭可再生等优点而被用于水体中Ni2+的去除。但普通活性炭对Ni2+的吸附作用较弱，可以通过改性使活性炭表面的物理化学性质发生变化，从而提高其对Ni2+的吸附性能。
　　本文以微污染水源水中的Ni2+为研究对象，采用安全无毒的活性炭对其进行吸附，为了进一步提高活性炭对Ni2+的去除效果，对椰壳、木质及煤质活性炭进行改性。通过正交实验确定三种活性炭的最佳改性方法，利用扫描电镜(SEM)、比表面积分析(BET)、红外光谱分析(FT-IR)和Boehm滴定法对改性前后的活性炭进行了表征，并探讨活性炭投加量、反应时间、溶液pH值以及Ni2+初始浓度对活性炭吸附Ni2+的影响，对比研究了改性前后活性炭对微污染水源水中Ni2+的吸附性能。此外，通过吸附热力学和动力学实验对活性炭吸附Ni2+的机理进行了初步的研究。
　　研究结果表明:
　　(1)椰壳活性炭的最佳改性方法为HNO3-KOH改性，木质活性炭的最佳改性方法为H2O2-NaOH改性，煤质活性炭的最佳改性方法为HNO3-NaOH改性。
　　(2)活性炭经过改性后，表面含氧酸性官能团数量增加，比表面积和总孔容均略有降低，部分微孔变成中孔和大孔，孔径变化不明显。
　　(3)对于椰壳活性炭，在Ni2+浓度为0.4 mg/L，活性炭投加量为5.0 g/L，温度为30℃，反应时间为1h时，改性前活性炭对Ni2+的去除率为74.45％，剩余Ni2+浓度为0.1022 mg/L，改性后活性炭对Ni2+的去除率为95.55％，剩余Ni2+浓度为0.0178 mg/L，达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中0.02 mg/L的要求。相同条件下，改性前后木质活性炭对Ni2+的去除率分别为75.23％和95.55％，剩余Ni2+浓度分别为0.0991 mg/L和0.0178 mg/L。改性前后煤质活性炭对Ni2+的去除率分别为93.40％和98.88％，剩余Ni2+浓度分别为0.0264 mg/L和0.0045 mg/L。
　　(4)改性前后的椰壳、木质及煤质活性炭对Ni2+的吸附等温线更符合Langmuir方程，对Ni2+的吸附过程更符合准二级动力学方程，改性前后活性炭对Ni2+吸附符合单分子层吸附的特点，吸附过程以化学吸附为主，由外扩散和内扩散过程共同控制。
　　三种活性炭经过改性后对微污染水源水中的Ni2+均有较好的去除效果，为微污染水源水中Ni2+的去除提供参考。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 我国饮用水源水中重金属污染现状

1．3 水源水体镍污染控制技术

1．3．1 镍的性质和用途

1．3．2 水体中镍污染的来源

1．3．3 水体中镍污染的危害

1．3．4 水体镍污染处理技术

1．4 活性炭性质及在水处理中的应用

1．4．1 活性炭的性质

1．4．2 活性炭的改性

1．4．3 活性炭在水处理中的应用

1．5 研究背景意义及内容

1．5．1 研究背景及意义

1．5．2 研究内容

第二章 实验材料和方法

2．1 实验试剂和材料

2．1．1 实验水质

2．1．2 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 活性炭的预处理

2．2．2 活性炭改性

2．2．3 活性炭表征

2．2．4 活性炭吸附Ni2+的性能研究

2．2．5 Ni2+检测方法

第三章 改性活性炭的制备及特性分析

3．1 改性活性炭的制备

3．1．1 实验方法

3．1．2 实验结果与分析

3．2 改性前后活性炭特性分析

3．2．1 SEM结果与分析

3．2．2 BET结果与分析

3．2．3 FT-IR结果与分析

3．2．4 Boehm滴定结果与分析

3．3 本章小结

第四章 改性前后活性炭对Ni2+去除效果研究

4．1 实验方法

4．1．1 投加量的影响

4．1．2 吸附时间的影响

4．1．3 pH的影响

4．1．4 初始浓度的影响

4．2 结果与讨论

4．2．1 投加量对Ni2+吸附效果的影响

4．2．2 吸附时间对Ni2+吸附效果的影响

4．2．3 pH对Ni2+吸附效果的影响

4．2．4 初始浓度对Ni2+吸附效果的影响

4．3 本章小结

第五章 吸附机理分析与探讨

5．1 吸附机理初步分析

5．2 吸附等温线

5．2．1 吸附等温线理论

5．2．2 吸附等温线实验

5．3 吸附动力学研究

5．3．1 吸附动力学理论

5．3．2 吸附动力学实验

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

声明

致谢