新型吸附剂的制备及其对溶液中重金属离子吸附净化研究

摘要

由于我国社会经济的迅速发展和工业化进程的加快，越来越多的未经达标处理的重金属废水被排放到水体中，造成了严重的环境污染问题。重金属是一种潜在的高毒性污染物，具有难降解、来源广、易在生物体内富集的特点，对各类生物的生存环境和人体健康构成严重威胁。近年来，重金属污染日趋加剧导致水体重金属污染事件频发，如何高效的去除水体中的重金属离子已成为不可忽视的社会问题。重金属离子去除的传统处理方法主要包括化学沉淀法、生物法、离子交换法等。而在诸多方法中，吸附法由于具有较高吸附能力、适用范围广、易于操作且环境友好等优点，成为近年来研究的热点。　　在众多吸附剂中，纳米花状有机硅(NFOS)由于其比表面积大、表面易改性和化学稳定性好等优点，将其作为吸附材料是当前研究的热点。但是NFOS对重金属离子的吸附容量较小，为提高其对铅离子的吸附能力，利用去甲肾上腺素对有机硅进行改性(NE-NFOS)，改性后的吸附材料具有较大的孔径和孔容，有利于铅离子向有机硅的内部孔道扩散，并且去甲肾上腺素表面的儿茶酚和氨基能够与铅离子发生鳌和反应，提高了对铅离子的吸附效果。利用水热法合成了NFOS，并将去甲肾上腺素嫁接到其表面，制备出新型吸附剂NE-NFOS，利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、比表面积和孔隙率分析仪(BET)和傅里叶红外光谱(FT-IR)对NE-NFOS表面形貌和孔容等进行表征。以重金属离子Pb2+为研究对象，通过吸附实验从吸附等温线、吸附动力学等方面对NE-NFOS对Pb2+的吸附性能进行了研究，并进一步考察了溶液pH，K+、Na+、Ca2+、Mg2+离子浓度等不同参数对吸附行为的影响。NE-NFOS的SEM和TEM图表明，吸附剂的表面有丰富的孔隙结构。BJH累积吸附孔容、比表面积和孔径分别为0.28cm3/g，132m2/g和3.08nm。溶液中对铅离子的吸附净化试验表明，NE-NFOS的吸附容量比改性前明显增大，在pH值为6.0时，饱和吸附容量为160mg/g。此外，研究结果表明，Freundlich模型更适合来描述NE-NFOS对Pb2+的吸附行为。平衡吸附量受溶液初始pH值的影响较大，但受K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子浓度的影响较弱。NE-NFOS重复利用5次后，对Pb2+离子去除能力大于其初始值的79％。吸附试验结果表明，NE-NFOS对溶液中的铅离子具有良好吸附性能。　　为降低吸附材料的成本，简化合成步骤，本文通过热解麦麸制备麦麸生物炭，将其作为吸附材料并研究了对溶液中铬离子的吸附净化性能。通过SEM、BET和FT-IR对麦麸生物炭表面形貌和孔容等进行表征。以重金属离子铬离子为研究对象，通过吸附实验从吸附等温线、吸附动力学等方面对麦麸生物炭对铬离子的吸附性能进行了研究，并进一步考察了溶液pH，Na+、K+离子浓度等不同参数对吸附行为的影响。SEM图表明，麦麸生物炭表面呈现出凹陷的多孔颗粒状结构，孔径和纹理呈不规则分布，增大了其表面积，有利于其对铬离子的吸附。BJH累积吸附孔容、比表面积和孔径分别为0.08cm3/g，80m2/g和3.08nm。溶液中铬离子的吸附净化试验表明，麦麸生物炭的吸附容量比热解前明显提高，在pH值为2.0时，饱和吸附容量为67mg/g。此外，平衡吸附量受初始溶液pH值的影响较大，但受Na+、K+等离子浓度的影响较弱。吸附试验结果表明，麦麸生物炭用于废水中铬离子的去除具有良好的应用前景。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1课题研究背景

1．2重金属废水的来源和危害

1．2．1重金属废水的来源

1．2．2重金属废水的危害

1．3重金属废水的净化研究方法

1．3．1化学净化方法

1．3．2物理净化方法

1．3．3生物净化方法

1．4用于重金属废水净化的吸附材料概述

1．4．1介孔材料

1．4．2农林废弃物

1．4．3壳聚糖

1．4．4膨润土

1．4．5海泡石

1．4．6硅藻土

1．5课题研究内容及技术路线

1．5．1主要研究内容

1．5．2技术路线

第二章实验材料与设备

2．1实验材料与仪器

2．1．1实验材料

2．1．2实验仪器

2．2重金属离子浓度测试方法

2．3．1扫描电子显微镜

2．3．2透射电子显微镜

2．3．3比表面积及孔径分析

2．3．4傅立叶红外光谱分析仪

2．4本章小结

第三章NE-NFOS的制备及其对铅离子的吸附性能研究

3．1．2 NE-NFOS制备

3．2实验结果与讨论

3．2．1 NE-NFOS的表征

3．2．2 NE-NFOS的除铅动力学

3．2．3吸附等温线

3．2．4溶液初始pH的研究

3．2．5共存离子的研究

3．2．6吸附和解吸研究

3．2．7吸附多种离子的研究

3．3本章小结

第四章麦麸生物炭的制备及其对铬离子吸附性能研究

4．1麦麸生物炭的制备

4．2实验结果与讨论

4．2．1麦麸生物炭的表征

4．2．2麦麸生物炭的除铬动力学

4．2．3吸附等温线

4．2．4初始溶液pH的影响

4．2．5共存离子的研究

4．2．6吸附机理的研究

4．3本章小结

第五章结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文及研究成果