改性硅藻土对水中As(V)的吸附性能研究

摘要

含砷废水具有毒性、致癌性和不可降解性。本文以硅藻土精土为基体，用锰氧化物和壳聚糖分别作为改性剂制备了两种改性硅藻土除砷吸附剂。比较硅藻土改性前后对As（V）的吸附效果。分别研究了锰氧化物和壳聚糖改性硅藻土的结构特征，以及不同因素条件下对浓度为2mg/L的模拟含 As（V）废水的吸附性能，吸附后样品的表面结构，分析了吸附的等温模型、吸附动力学模型，以探究吸附机理。实验结果表明： 1.硅藻土经锰氧化物改性后，与原土相比，表面结构变化明显，出现了锰的氧化物，比表面积增大，改性后硅藻土的 Zeta电位值降低了2.4mV，硅藻土与锰氧化物之间形成良好的界面依附效应；经壳聚糖改性后，硅藻土表面均匀地包覆了壳聚糖，Zeta电位由负变正，可以快速有效吸附溶液中H2AsO42-、H2AsO43-、HAsO42-等阴离子，壳聚糖改性后硅藻土表面凹凸不平，使改性后吸附剂与目标离子的接触几率增大，有利于吸附的进行。 2.采用静态吸附实验考查了吸附剂用量、溶液初始浓度、反应温度、溶液初始pH值、反应时间等因素对改性硅藻土吸附模拟废水中As（V）效果的影响。采用锰氧化物改性硅藻土进行吸附实验，实验结果表明：在pH为2~6的酸性环境下，吸附剂结构不受破坏，升高温度、增大改性硅藻土投加量、降低溶液的浓度和延长反应时间会促进吸附反应的进行，提高As（V）的去除率。环境温度为25℃，溶液pH为2，投加量为5g/L时，锰氧化物改性硅藻土对2mg/L的As（V）吸附效果最佳，去除率可达到98.5%以上；采用壳聚糖改性硅藻土进行吸附实验，实验结果表明在pH为3~7的弱酸性条件下，增大改性硅藻土的投加量、降低溶液浓度、适当的降低温度和适当增加吸附的反应时间会促进吸附反应的进行，提高As（V）的去除率。在环境温度为25℃，壳聚糖改性硅藻土的投加量为3g/L，不改变溶液pH，反应时间为2h时，壳聚糖改性硅藻土对2mg/L的As（V）溶液去除效果最佳，去除率达到94.3%，经两种改性硅藻土处理后的废水均达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中总砷最高不超过0.5mg/L的排放标准。 3.吸附后样品的 SEM、XRD、FT-IR分析表明，锰氧化物改性硅藻土吸附As（V）后，改性硅藻土表面收缩变得平滑而紧致，有利于保留As（V）不致流失，改性硅藻土表面出现含砷的物质；壳聚糖改性硅藻土吸附As（V）后表面收缩，不规则的堆积物收缩成团状或条状，出现了含砷的化合物 C7H8AsNO5，有利于将 As（V）保留在表面，避免其释放到溶液中。说明两种改性硅藻土均对As（V）起到了良好的吸附作用。 4.锰氧化物改性硅藻土和壳聚糖改性硅藻土对 As（V）的吸附过程均符合Langmuir吸附等温模型，吸附主要发生在改性硅藻土表面的活性区位，属于单分子层吸附；同时均符合伪二阶动力学模型。说明该吸附过程存在化学吸附过程或电子共享/电子得失的过程。 5.对吸附后的锰氧化物改性硅藻土和壳聚糖改性硅藻土进行解吸实验，用0.01 mol/L的NaOH溶液和NaH2PO4溶液均对锰氧化物改性硅藻土吸附As（V）起到了较好的解吸作用，解吸率分别为84.57%和61.39%；用浓度为0.01mol/L的NaOH溶液、NaHCO3溶液和0.1mol/L的盐酸溶液均对壳聚糖改性硅藻土吸附As（V）起到较好的解吸作用，解吸率分别为90.16%、92.15%和96.10%。

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第一章 绪论

1.1砷的性质和危害

1.2含砷废水处理现状

1.3吸附法处理含砷废水现状

1.4硅藻土的性质及其应用

1.5研究意义和研究内容

1.6可行性分析

1.7研究创新点

1.8课题来源

第二章 实验材料、设备及实验方法

2.1实验材料和设备

2.2实验方法

2.3测试方法分析

2.4硅藻精土、改性硅藻土和几种常见吸附剂的吸附性能比较

2.5吸附实验及分析

2.6解吸实验

第三章 锰氧化物改性硅藻土对As（V）的吸附性能研究

3.1材料表征

3.2不同影响因素对吸附试验的影响

3.3等温吸附实验

3.4吸附动力学实验

3.5吸附后样品的分析

3.6 解吸实验

3.7小结

第四章 壳聚糖改性硅藻土对As（V）的吸附性能研究

4.1材料表征

4.2不同影响因素对吸附试验的影响

4.3等温吸附实验

4.4吸附动力学实验

4.5吸附后样品的分析

4.6 解吸实验

4.7小结

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

附录

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢