椰壳活性炭官能化及吸附镉应用研究

摘要

水体重金属污染已成为全球性的环境污染问题。越来越多的国家和地区将重金属污染防治作为一项重点工作计划。重金属的废水来源很广，金属矿山、有色金属冶炼、钢铁、电镀、石油化工、制革、照相等行业都有重金属废水产生。去除废水中重金属离子的方法分物理法、化学法、生物法三大类以及新型复合处理方法。吸附法是物理法的一种，常因其工艺简单、运行成本低、去除效果好而一直饱受青睐。
　　本论文的主要工作是引入了活性炭改性技术，将来源广泛的具有较强吸附能力的椰壳活性炭先经硝酸、双氧水氧化，再经过氨气高温处理，或氨水浸泡，或吡啶浸泡等方法官能化活性炭吸附剂，并考察了改性吸附剂的物化性质及其对废水中镉离子的吸附特性。
　　通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FIIR)、BET表面积测定对吸附剂的物化性质进行了表征。考察了接触时间，初始金属离子浓度和吸附剂用量等因素对其吸附镉效果的影响，探索了提高活性炭对重金属吸附能力的方法。
　　经改性的活性炭材料孔隙明显增多，分布均匀，经H2O2处理的样品(ACH)孔体积和表面积都小于经HNO3处理的样品(ACN)，经硝酸、氨水处理后(ACNYNH)，表面粗糙，孔隙增加，平均孔径为2.6639nm，而经硝酸、吡啶处理后(NYBD)表面变得光滑，平均孔径为2.6930nm。从红外光谱图中可看出，HNO3使活性炭表面成功地负载了C=O、含氮官能团，再用吡啶浸渍可增加酰胺基。
　　官能化活性炭吸附Cd2+的实验表明，吸附反应在4h内达到平衡。Cd2+去除率随吸附剂用量的增大而升高。当Cd2+的初始浓度增大时，对其的吸附容量逐渐增大，而去除率下降。二级动力学方程能很好的拟合吸附平衡数据，以Langmuir和Freundlich模型拟合吸附平衡数据。结果表明在Cd2+浓度10-1000mg/L范围内，Langmuir模型比Freundlich模型能更好的拟合活性炭吸附剂Cd2+的吸附等温数据，经改性后样品的吸附容量都显著增加，样品ACNYBD、经HNO3再经13%氨水处理(ACNBNH)、NYBD和ACN的最大吸附量分别为35.0mg/g、29.1mg/g、172.9mg/g、61.8mg/g，经吡啶浸泡后的样品NYBD具有最高的吸附容量，对镉离子的最大吸附容量达到了172.9mg/g，处理效果显著。

目录

文摘

英文文摘

附图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 概述

1.1.1 水资源与重金属污染现状

1.1.2 重金属污染的特点和危害

1.1.3 水体中重金属的来源和存在形态

1.1.4 重金属污染的途径与机理

1.2 重金属污染的治理方法

1.2.1 膜分离法

1.2.2 离子交换法

1.2.3 化学沉淀法

1.2.4 电化学法

1.2.5 植物修复法

1.2.6 生物絮凝法

1.2.7 生物吸附法

1.2.8 氧化还原法

1.2.9 气浮法

1.2.10 吸附法

1.3 吸附材料

1.3.1 矿物材料

1.3.2 活性污泥

1.3.3 农作物秸秆改性吸附剂

1.3.4 酚醛树脂基吸附材料

1.3.5 聚苯乙烯-二乙烯苯基吸附材料

1.3.6 聚丙烯腈吸附材料

1.3.7 聚丙烯酸酯吸附材料

1.3.8 淀粉基吸附材料

1.3.9 纤维素基吸附材料

1.3.10 壳聚糖基吸附材料

12.3.11 活性炭吸附材料

1.4 活性炭活化方法

1.5 活性炭改性方法

1.5.1 表面氧化改性

1.5.2 表面还原改性

1.5.3 活性炭吸附重金属离子的机理

1.6 影响活性炭吸附处理重金属离子的因素

1.6.1 活性炭的选择及预处理

1.6.2 废水的pH值

1.6.3 停留时间

1.6.4 活性炭用量

1.7 活性炭在水处理方面的应用

1.7.1 活性炭对水中重金属离子的吸附

1.7.2 对水中有机物的吸附

1.7.3 活性炭用于废水的脱色处理

1.8 本课题研究的目的和意义

第2章 官能化活性炭材料材料制备与表征

2.1 实验部分

2.1.1 实验材料

2.1.2 主要实验仪器

2.1.3 活性炭官能团化材料制备

2.2 改性活性炭吸附剂的表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 N2吸附等温线

2.3.2 活性炭孔径分析

2.3.3 SEM扫描结果分析

2.3.4 活性炭表面官能团分析

2.4 小结

第3章 官能化活性炭材料对镉离子吸附性能研究

3.1 试剂

3.2 仪器

3.3 实验准备

3.3.1 溶液配制

3.3.2 标准曲线

3.3.3 吸附实验

3.3.4 Cd2+吸附容量和去除率计算

3.4 吸附时间对官能化材料吸附Cd2+效果的影响

3.4.1 实验方法

3.4.2 实验结果

3.5 活性炭投加量对去除Cd2+效果的影响

3.5.1 实验方法

3.5.2 实验结果与讨论

3.6 初始浓度对Cd2+吸附的影响

3.6.1 实验方法

3.6.2 实验结果

3.7 吸附动力学

3.8 吸附等温线

3.9 小结

结论

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

致 谢