改性松针对亚甲基蓝的吸附研究

摘要

当前染料废水已对环境造成了严重影响，而在众多染料废水处理方法中，吸附法的优势在于吸附去除染料分子的同时还能去除废水中难以降解的污染物。而其中对农林废弃物类生物质材料进行改性处理作为吸附剂不但能够做到变废为宝更能显著提高其对污染物质的吸附能力。为此研究选择松针作为吸附剂并对其采用多种方法改性处理，通过对不同种类的改性松针进行仪器表征并结合吸附实验最终确定“氯化锌-盐酸-异丙醇及超声联合改性”为实验所得最优改性方法。批量制备经最优方法改性所得松针并展开其对亚甲基蓝的吸附研究。通过静态吸附实验研究吸附时间、改性松针投加量、实验温度、亚甲基蓝模拟废水初始浓度、溶液pH值以及助染剂投加量对吸附效果的影响，研究得出室温下当改性松针投加量为2g·L-1、亚甲基蓝模拟废水初始浓度为150mg·L-1、溶液pH自然且持续振荡吸附30h时改性松针的饱和吸附量可达28.54mg·g-1，约为相同条件下未改性松针对亚甲基蓝吸附量的4倍。开展吸附动力学研究，采用拟一级动力学方程、拟二级动力学方程、颗粒内扩散方程和叶洛维奇动力学方程对实验所得动力学数据进行拟合，研究发现拟二级动力学方程可以更好地描述改性松针对亚甲基蓝的吸附行为，分析认为改性松针对亚甲基蓝的吸附存在离子交换过程且以化学吸附为主导。建立吸附等温线模型，采用Langmuir吸附等温线模型和Freundlich吸附等温线模型对实验数据进行拟合可以得出两种模型均能良好地描述改性松针对亚甲基蓝的吸附行为且Langmuir吸附等温线模型更合适，分析认为该吸附属于均质单分子层吸附和非均质多分子层吸附相结合的过程且吸附过程以均质单分子层吸附为主，非均质多分子层吸附为辅。通过吸附热力学研究可以发现吸附过程是自发的吸热反应和熵增过程。基于静态吸附实验所得改性松针对亚甲基蓝的最优吸附条件进行动态吸附实验并建立动态吸附模型，分析得出Thomas模型和Yoon-Nelson模型均能较好地描述改性松针对亚甲基蓝的动态吸附行为。

目录

致谢

摘要

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 染料废水的综述

1.2.1 染料废水的来源

1.2.2 染料废水对环境的危害及其污染现状

1.3 国内外染料废水的处理方法概述

1.4 吸附法处理染料废水的应用现状

1.4.1 活性炭类吸附剂

1.4.2 矿物类吸附剂

1.4.3 工业废弃物类吸附剂

1.4.4 生物质类吸附剂

1.5 生物质吸附剂的改性及其吸附研究进展

1.6 研究的目的和意义

1.7 研究的主要内容

1.8 研究方法

1.9 研究的技术路线

2 松针的改性及其形貌表征

2.1 采用无机试剂化学改性

2.1.2 氧化剂-高铁酸钾改性松针

2.1.3 强碱-氢氧化钠改性松针

2.2 采用有机试剂化学改性

2.2.1 乙醇改性松针

2.2.2 异丙醇改性松针

2.3 采用多试剂、多方法联合改性

2.3.1 氢氧化钠-乙醇联合改性松针

2.3.2 氯化锌-盐酸-异丙醇及超声联合改性松针

2.4 X射线衍射结构分析

2.5 改性松针吸附效果的对比

2.6 比表面积测定

2.7 小结

3 改性松针对亚甲基蓝的静态吸附研究

3.1 材料、试剂和仪器

3.2 亚甲基蓝标准曲线

3.3 吸附性能分析及吸附热力学

3.3.1 MPN吸附量及MB去除率的计算

3.3.2 吸附动力学及模型拟合

3.3.3 吸附等温线及模型拟合

3.3.4 吸附热力学

3.4.1 吸附时间对吸附效果的影响

3.4.2 吸附剂投加量对吸附效果的影响

3.4.3 温度对吸附效果的影响

3.4.4 初始浓度对吸附效果的影响

3.4.5 pH对吸附效果的影响

3.4.6 助染剂投加量对吸附效果的影响

3.5 吸附动力学研究

3.5.1 拟一级动力学方程

3.5.2 拟二级动力学方程

3.5.3 颗粒内扩散方程

3.5.4 叶洛维奇动力学方程

3.5.5 吸附动力学分析

3.6 吸附等温线模型

3.6.2 Freundlich吸附等温线

3.6.3 吸附等温线模型分析

3.7 吸附热力学研究

3.8 小结

4 改性松针对亚甲基蓝的动态吸附研究

4.1 动态吸附及计算方法

4.2 实验装置

4.3 实验方法

4.4 不同流速对穿透曲线的影响

4.5 吸附带长计算

4.6 动态吸附模型

4.6.1 Thomas模型

4.6.2 Yoon-Nelson模型

4.6.3 动态吸附模型分析

4.7 小结

结论

参考文献

作者简历

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