椰殼活性炭能化及吸附鎘應用研究

 水體重金屬污染已成為全球性的環境污染問題。越來越多的國家和地區將重金屬污染防治作為一項重點工作計劃。重金屬的廢水來源很廣，金屬礦山、有色金屬冶煉、鋼鐵、電鍍、石油化工、制革、照相等行業都有重金屬廢水產生。去除廢水中重金屬離子的方法分物理法、化學法、生物法三大類以及新型復合處理方法。吸附法是物理法的一種，常因其工藝簡單、運行成本低、去除效果好而一直飽受青睞。本論文的主要工作是引入了活性炭改性技術，將來源廣泛的具有較強吸附能力的椰殼活性炭先經硝酸、雙氧水氧化，再經過氨氣高溫處理，或氨水浸泡，或吡啶浸泡等方法官能化活性炭吸附劑，并考察了改性吸附劑的物化性質及其對廢水中鎘離子的吸附特性。通過掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(FIIR)、BET表面積測定對吸附劑的物化性質進行了表征。 考察了接觸時間，初始金屬離子濃度和吸附劑用量等因素對其吸附鎘效果的影響，探索了提高活性炭對重金屬吸附能力的方法。經改性的活性炭材料孔隙明顯增多，分布均勻，經H2O2處理的樣品(ACH)孔體積和表面積都小于經HNO3處理的樣品(ACN)，經硝酸、氨水處理后(ACNYNH)，表面粗糙，孔隙增加，平均孔徑為2.6639nm，而經硝酸、吡啶處理后(NYBD)表面變得光滑，平均孔徑為2.6930nm。從紅外光譜圖中可看出，HNO3使活性炭表面成功地負載了C=O、含氮官能團，再用吡啶浸漬可增加酰胺基。官能化活性炭吸附Cd2+的實驗表明，吸附反應在4h內達到平衡。Cd2+去除率隨吸附劑用量的增大而升高。當Cd2+的初始濃度增大時，對其的吸附容量逐漸增大，而去除率下降。二級動力學方程能很好的擬合吸附平衡數據，以Langmuir和Freundlich模型擬合吸附平衡數據。結果表明在Cd2+濃度10-1000mg/L范圍內，Langmuir模型比Freundlich模型能更好的擬合活性炭吸附劑Cd2+的吸附等溫數據，經改性后樣品的吸附容量都顯著增加，樣品ACNYBD、經HNO3再經13%氨水處理(ACNBNH)、NYBD和ACN的最大吸附量分別為35.0mg/g、29.1mg/g、172.9mg/g、61.8mg/g，經吡啶浸泡后的樣品NYBD具有最高的吸附容量，對鎘離子的最大吸附容量達到了172.9mg/g，處理效果顯著。