碱改性泡桐树叶吸附剂对水中Pb2+的吸附特性研究

摘要

重金属废水的治理问题已被各国科学家普遍关注，其对人类健康造成严重威胁也被人们逐渐认识到。重金属废水的传统方法有化学还原法、离子交换法、吸附法、膜分离法，这些方法主要适用于重金属离子浓度较高的情况，当重金属离子浓度较低时，用传统方法处理存在运行成本高、操作繁琐、处理效率低、容易造成二次污染等问题。目前，我国农林废弃物利用率很低，一般的处理方法是露天堆置和焚烧，不仅造成能源巨大浪费而且还造成环境污染。然而，农林废弃物也有一些自身的优越性，比如来源广泛、价格低廉、再生周期短、可降解等，其主要成分纤维素、半纤维素、木质素等含有丰富的-OH、-COOH、-NH2等活性基团且比表面积较大。研究表明，农林废弃物经过化学改性，能够很好地去除废水中的重金属离子。农林废弃物的改性方法很多，大量实验发现，碱处理能够使农林废弃物暴露更多的吸附位点，从而能达到更好的吸附效果。泡桐在我国分布广泛，种植数量大，每年冬季产生大量落叶废弃物，弃置于自然环境或露天焚烧，既造成了环境污染，又造成了资源的极大浪费。我们研究发现，经NaOH-乙醇改性后的泡桐树叶粉末对废水中Pb2+的去除率接近100％，可见碱改性泡桐树叶粉末对Pb2+具有良好的去除效果。但NaOH生产成本高，加工过程易污染环境，不符合节约、环保的要求。而Ca(OH)2作为NaOH生产的天然原材料，既具备其强碱性质又廉价易得。因此，利用Ca(OH)2改性泡桐树叶粉末，制备重金属离子的高效生物吸附剂，具有重要的科研价值和现实意义。
　　本论文选取泡桐落叶为研究对象，用Ca(OH)2对泡桐树叶粉末进行改性，吸附溶液中低浓度的Pb2+,并探讨了吸附时间、吸附剂浓度、溶液pH、重金属初始浓度这四个因素对吸附效果的影响；并通过扫描电镜（SEM）、能谱分析（XPS）、X-荧光光谱半定量分析三种方式对对未改性、改性后和吸附后的粉末进行了表征。结果表明，吸附时间、吸附剂用量、溶液pH、金属离子的初始浓度都会对吸附效果产生影响。当吸附剂浓度为0.8g·L-1，溶液pH为5，60 min即可达到吸附平衡，此时吸附量为60.43 mg·g-1，去除率为95.61%；当Pb2+初始浓度在15—100 mg·L-1范围内时，碱改性泡桐树叶粉末吸附剂对Pb2+的去除率都在93.0%以上，且随着重金属初始浓度的增加，吸附量明显增加。碱改性泡桐树叶粉末吸附剂吸附对Pb2+的吸附过程可用准二级吸附动力学模型和等温吸附模型描述。通过扫描电镜（SEM）发现未改性粉末表面光滑，各官能团相对分散呈颗粒状；而改性后的粉末变化很大，原有结构形态已经被破坏，表面变得松散粗糙，呈薄片状和絮状；吸附Pb2+之后，粉末表面重新由松散状态变成聚集状态，具有众多颗粒物和粉状物，且颗粒间衔接紧凑。能谱分析(XPS)和X-荧光光谱半定量分析发现，吸附过程中Pb2+被吸附到泡桐树叶粉末吸附剂表面，与吸附剂中的Ca2+、Mg2+、Si2+、Al2+和Fe2+等离子发生了阳离子交换。
　　用Ca(OH)2替代NaOH制备改性泡桐树叶粉末吸附剂，不仅节能、环保、低成本，而且达到几乎同样的去除效果。因此，Ca(OH)2改性泡桐树叶粉末做吸附剂去除重金属离子是一种值得深入研究和推广的重金属治理方法。

目录

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中文摘要

1文献综述

1.1重金属废水的污染现状及危害

1.2重金属废水的治理方法及研究进展

1.2.1化学还原法

1.2.2离子交换法

1.2.3膜分离法

1.2.4吸附法

1.2.5其他方法

1.2.6重金属废水处理技术的发展趋势

1.3 生物吸附剂研究进展

1.3.1 生物吸附剂来源

1.3.2 生物吸附剂吸附机理

1.3.3 生物吸附剂平衡模式

1.3.4 生物吸附影响因素

1.3.5 农林废弃物生物吸附剂

1.4本文研究背景、意义及主要内容

1.4.1 选题背景和意义

1.4.2 需要解决的关键问题和研究内容

1.4.3 技术路线图

2 材料与方法

2.1实验材料

2.1.1 泡桐树叶原料采集和制备

2.1.2 仪器和设备

2.1.3试验试剂

2.1.4 药品配制

2.2试验方法

2.2.1 Ca（OH）2改性泡桐落叶粉末制备方法

2.2.2 分析检验及产物表征实验方法

2.2.3 吸附实验方法

3 结果与分析

3.1 泡桐粉末吸附剂对Pb2+的吸附性能

3.1.1 时间对Pb2+吸附效果的影响

3.1.2吸附动力学模型

3.1.3 吸附剂浓度对吸附效果的影响

3.1.4 pH对吸附效果的影响

3.1.5 Pb2+初始浓度对吸附效果的影响

3.1.6吸附等温线

3.2 分析检验及产物表征实验结果

3.2.1泡桐树叶粉末吸附剂的扫描电镜结果分析

3.2.2泡桐树叶粉末吸附剂能谱分析结果

3.2.3 X-荧光光谱半定量分析

4总结与讨论

4.1 总结

4.2 讨论

参考文献

英文摘要