固体浓度对固—液界面吸附的影响

摘要

固-液界面吸附是自然界中普遍存在的现象之一，也是污水处理中常用方法之一。吸附剂浓度(Cs)是影响吸附行为的重要因素。大量研究表明，吸附等温线随吸附剂浓度增大而降低，这种现象称为“吸附剂浓度效应”或“固体效应”（Cs-effect）。传统的Langmuir或Freundlich吸附等温式不能描述或预测Cs-effect，因拟合的模型参数与Cs有关，这与模型假设相悖。为描述和解释Cs-effect，提出了多种吸附剂浓度效应模型，或因适用范围有限（只能描述个别实验结果），或因模型参数不能实验测定，均未被广泛认可。近期，我们课题组提出了一个新固体效应模型——表面组分活度(SCA)模型;认为Cs-effect缘于吸附剂颗粒间相互作用，表面组分吸附位和吸附质的活度系数不等于1，而分别为吸附剂浓度和吸附量的函数。基于SCA模型，推导出了三个与Cs有关的等温式:Langmuir-SCA、Freundlich-SCA等温式和SCA-分配系数方程。目前，这些SCA等温式的普适性有待验证，介质条件对表面组分活度系数的影响规律还有待考察。本文对此进行了研究，以期加深对固-液界面吸附现象的认识，为吸附技术在污水处理中的应用提供依据。
　　(1)选取高岭土为矿物吸附剂模型，Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)为重金属污染物（吸附质）模型，考察了吸附剂浓度对吸附等温线的影响。结果表明，吸附等温线随Cs的增大而下降，呈现出明显的固体效应。在给定Cs下，Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在高岭土上的吸附等温线分别符合Langmuir和Freundlich吸附等温式，但拟合模型参数与Cs有关，即这两个等温式不能描述或预测Cs-effect。采用Langmuir-SCA和Freundlich-SCA等温式对吸附数据进行拟合，结果表明可分别准确地描述Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在高岭土上吸附的Cs-effect效应，证明SCA模型对所研究吸附体系是适用的。
　　(2)选用壳聚糖微粒为有机吸附剂模型，甲基橙为有机染料污染物（吸附质）模型，考察吸附剂浓度对吸附等温线的影响，研究了介质条件如温度、pH、电解质浓度对吸附剂浓度效应的影响。Langmuir等温式可描述给定Cs下的吸附等温线，但不能描述Cs-effect，其模型参数与Cs有关。采用Langmuir-SCA等温式对吸附数据进行拟合，结果表明可准确地描述甲基橙在壳聚糖微粒上吸附的Cs-effect，证明SCA模型对所研究吸附体系是合理的。另外，在不同温度、pH、离子强度下，吸附剂浓度对甲基橙在固-液两相的分配系数也均有明显影响，SCA-分配系数方程可描述其影响结果。吸附位活度系数（fsH2O）随温度(20-35℃)和pH(5-8)的升高而降低，而与电解质(NaNO3)浓度(0.001-0.010mol·L-1)基本无关。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 重金属污染的来源、现状及危害

1．1．1 重金属的来源及现状

1．1．2 重金属的危害

1．2 染料废水的来源、特点及危害

1．2．1 染料废水的来源

1．2．2 染料废水的特点

1．2．3 染料废水的危害

1．3 重金属和染料废水处理技术

1．4 高岭土和壳聚糖简介

1．4．1 高岭土

1．4．2 壳聚糖

1．5 吸附理论

1．5．1 吸附的影响因素

1．5．2 吸附热力学理论

1．5．3 吸附剂浓度效应

1．5．4 表面组分活度(SCA)模型

1．6 论文选题的目的、意义及主要内容

第2章 固体浓度对Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在高岭土上吸附的影响

2．1 实验试剂及仪器

2．1．1 实验仪器

2．1．2 原料与试剂

2．2 实验方法

2．3 实验结果与讨论

2．4 本章小结

第3章 甲基橙在壳聚糖微球上的吸附研究

3．1 实验试剂及仪器

3．2 实验方法

3．2．1 甲基橙溶液标准曲线的绘制

3．2．2 壳聚糖微球的制备

3．2．3 吸附实验

3．3 误差分析

3．4 结果与讨论

3．4．1 壳聚糖微球的形貌和比表面积

3．4．2 吸附等温线

3．4．3 温度的影响

3．4．4 pH的影响

3．4．5 电解质浓度的影响

3．5 本章小结

第4章 本论文主要结论、创新点及进一步工作

4．1 主要结论

4．2 创新点

4．3 进一步工作

参考文献

致谢

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