固废基吸附剂对废水中重金属离子的去除性能研究

摘要

重金属废水对生态环境和人体健康造成严重危害，其中Pb(II)和Cr(Ⅵ)是毒性相对较高的重金属污染物。吸附法工艺简单，广泛应用于重金属废水的深度处理，其关键是低成本高效吸附剂的研发。粉煤灰和煤矸石是主要的工业固体废弃物，长期堆存不仅占用大量土地，而且严重污染环境。以粉煤灰和煤矸石为原料制备吸附剂处理重金属废水，既可以实现固废的资源化利用，又可以为重金属废水处理提供一种低成本的高效吸附剂，是一条可持续发展的循环经济路线。
　　本论文主要研究了NaOH改性粉煤灰、煤矸石基活性炭、活性炭-沸石复合材料和含氮多孔炭材料对废水中Pb(II)和Cr(Ⅵ)吸附性能，详细考察了吸附条件对其去除效果的影响，确定了处理含Pb(II)和Cr(Ⅵ)废水的最佳工艺条件，并对其吸附动力学和吸附热力学特性以及吸附机理进行了探讨。主要研究成果如下：
　　1.粉煤灰通过NaOH处理制备了改性粉煤灰，研究了溶液pH值、改性粉煤灰投加量、Pb(II)初始浓度和吸附时间对废水中Pb(II)去除效果的影响。结果表明，改性粉煤灰对Pb(II)的去除性能明显优于粉煤灰。在25℃，pH值为4.5，改性粉煤灰投加量10 g/L，吸附30 min时，对初始浓度为50 mg/L~200 mg/L的Pb(II)去除率均可达99％以上。改性粉煤灰对Pb(II)的吸附过程符合Langmuir吸附等温方程和准二级反应动力学特征，且是自发的吸热过程，高温有利于吸附过程的自发进行。
　　2.以煤矸石、沥青和白炭黑为原料制备了煤矸石基活性炭（GBAC）吸附剂，研究了该材料对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能。研究表明在pH值为2.0，投加量为10 g/L，吸附剂粒径为60目，吸附时间为20 h，温度为25℃时，GBAC对100 mg/L的Cr(Ⅵ)的去除率为100%。GBAC对Cr(Ⅵ)的吸附符合Freundlich吸附等温模型和准二级动力学模型。热力学研究表明GBAC对Cr(Ⅵ)的吸附是自发的吸热过程。
　　3.以煤矸石为主要原料，制备了活性炭-沸石复合材料（AC/X），以三聚氰胺为主要氮源，制备了含氮多孔炭材料（MF）。研究两种材料对Pb(II)的吸附性能，以及吸附动力学和吸附热力学特性。结果表明，AC/X和MF对Pb(II)具有良好的吸附能力，最大吸附量分别为248.12 mg/g和230.30 mg/g。等温吸附研究表明AC/X和MF对Pb(II)的吸附都更符合Langmuir模型。动力学研究表明AC/X和MF对Pb(II)的吸附都可以用准二级动力学方程来描述。热力学分析表明AC/X和MF对Pb(II)的吸附都是自发的吸热反应。通过zeta电位和N2吸附表征研究吸附机理，结果表明AC/X和MF对Pb(II)的吸附主要跟吸附剂表面的电荷有关。

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第一章 绪论

1.1 重金属废水污染及危害

1.2 重金属废水的处理方法研究及进展

1.3 吸附法处理重金属废水的研究及进展

1.4 粉煤灰

1.5 煤矸石

1.6 活性炭/沸石复合材料

1.7 含氮多孔炭材料概述

1.8 选题目的与意义

第二章 改性粉煤灰对废水中Pb(II)的吸附性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 煤矸石基活性炭对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 实际焦化废水处理

3.5 本章小结

第四章 活性炭-沸石复合材料和含氮多孔炭材料对废水中

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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