改性甘蔗渣填充柱对多组分体系中重金属离子的动态吸附研究

摘要

秸秆吸附剂以其广泛的来源、低廉的成本、强大的重金属离子处理能力和易于后期处理等优点，在国内外已经被较为广泛的研究和应用。未改性的生物吸附剂对重金属吸附处理作用不明显，对含重金属离子废水的处理效果较差。为提高其吸附容量国内外学者进行了大量的研究，制备了一些改性吸附剂。然而对改性秸秆吸附剂吸附重金属离子的研究多基于静态吸附基础之上，对动态吸附研究较少，对多组分体系中重金属离子在改性吸附剂上的竞争吸附行为及机理研究较少。为此，本论文以废弃甘蔗渣为研究对象，制备了均苯四甲酸二酐（PMDA）改性的甘蔗渣并用扫描电子显微镜和红外光谱对其进行表征，着重研究了改性甘蔗渣填充柱对重金属离子的动态吸附行为及机理。在单一体系中研究了填充粒径、溶液初始浓度、流速、酸度等对重金属吸附穿透曲线的影响，并采用吸附模型对实验结果进行了拟合；在两组分体系中研究了铅离子、镉离子、铜离子、锌离子的动态竞争吸附行为，并对吸附机理进行了探讨，研究结果如下：
　　（1）扫描电镜结果表明改性后甘蔗渣形貌基本不变，红外光谱分析结果显示甘蔗渣通过改性后，表面被引入了大量的羧基，改性后甘蔗渣表面活性官能团显著增加。
　　（2）单一体系中重金属离子的动态吸附结果表明经过改性后的甘蔗渣对镉离子的吸附容量为121mg/g，未改性为53.2mg/g，吸附容量显著增强。不同流速下各重金属离子动态吸附容量范围为：121mg/g～113.8mg/g（镉离子），121.2mg/g～127.6mg/g（铅离子）；不同粒径下，吸附容量范围为：124mg/g～142mg/g（镉离子），127.6mg/g～148.6mg/g（铅离子）；不同初始浓度下，吸附容量范围为：103.2mg/g～125mg/g（镉离子），115mg/g～139.8mg/g（铅离子）。重复使用3次的改性甘蔗渣填充柱吸附效果依然良好。结果表明填充粒径、流速、浓度等因素对吸附过程的影响较小，改性甘蔗渣填充柱的应用对操作条件要求不高，填充柱可在较宽的条件下重复利用。
　　（3）两组分体系中动态吸附结果表明酸度对改性甘蔗渣吸附重金属离子的影响较大，酸度越大，吸附剂对重金属离子的饱和吸附容量越小，越不利于重金属离子的吸附。流出液中pH变化表明吸附过程伴随着氢离子的释放过程。改性甘蔗渣对铅离子的吸附亲和力显著高于铜离子和锌离子，吸附中存在竞争取代过程，改性甘蔗渣填充柱可实现铅铜，铅锌和铜镉的选择性分离，该研究为重金属离子的分离与富集提供了一种新方法。

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第1章 文献综述

1.1 前言

1.2重金属离子污水的危害

1.3 含重金属离子污水的处理方法

1.4 生物吸附法

1.5 论文选题背景及主要研究内容

第2章 改性甘蔗渣对镉离子的动态吸附

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 改性甘蔗渣对铅离子的动态吸附

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 多组分体系中重金属离子的动态吸附

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结 论

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢