白果殼的改性及其對(duì)廢水中鎘的吸附性能研究.pdf

1、為實(shí)現(xiàn)農(nóng)林廢棄物的資源化利用和開(kāi)辟廉價(jià)、高效的重金屬吸附劑，本文研究了天然白果殼(WS)、利用1％KMnO4溶液對(duì)白果殼進(jìn)行化學(xué)改性而制備成KMnO4改性白果殼(命名為WSK)和將天然白果殼制成生物炭后再用1％KMnO4溶液改性得到的吸附劑(命名為MWSB-K)，用于吸附水溶液中的Cd2+。WS:研究了粒徑、溫度、投加量、pH、初始Cd2+濃度和反應(yīng)時(shí)間幾個(gè)因素對(duì)WS吸附Cd2+的影響，通過(guò)模型擬合、電鏡掃描(SEM)和紅外光譜(FTI

2、R)分析，對(duì)其吸附機(jī)理進(jìn)行了初步探討;WSK:研究了溫度、pH、反應(yīng)時(shí)間、初始Cd2+濃度四個(gè)因素對(duì)WSK吸附Cd2+的影響，通過(guò)模型擬合、電鏡掃描(SEM)和紅外光譜(FTIR)分析，對(duì)其吸附機(jī)理進(jìn)行了初步探討;MWSB-K:研究了粒徑和溫度對(duì)MWSB-K吸附Cd2+的影響，溫度、初始Cd2+濃度和溶液pH對(duì)Cd2+吸附的三因素正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)電鏡掃描(SEM)和紅外光譜(FTIR)分析，對(duì)其吸附機(jī)理進(jìn)行了初步探討。實(shí)驗(yàn)主要結(jié)果如下

3、。
　　(1)白果殼的主要化學(xué)組分是酸不溶性木素和纖維素，同時(shí)也含有較多的多戊糖和1％NaOH抽出物。WS對(duì)Cd2+具有一定的吸附能力，吸附過(guò)程主要受粒徑、pH、反應(yīng)時(shí)間、初始Cd2+濃度和WS投加量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，WS對(duì)Cd2+的吸附，最適粒徑為0-0.15mm，最適pH為5.0，反應(yīng)進(jìn)行30min后基本達(dá)到平衡。當(dāng)投加量為0.5g，初始Cd2+濃度為20mg/l，溶液體積為50ml時(shí)，對(duì)Cd2+的吸附量達(dá)最大值;當(dāng)初始C

4、d2+濃度為100mg/l，WS投加量為4g，溶液體積為50ml時(shí)，其Cd2+吸附去除率為99.99％。溫度對(duì)整個(gè)吸附過(guò)程的影響不大。吸附量隨時(shí)間的變化與二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的線性擬合最好，R2都為1，說(shuō)明WS對(duì)Cd2+的吸附過(guò)程主要受化學(xué)吸附主導(dǎo)。吸附量隨初始Cd2+濃度的變化均能很好地與Langmuir和Freundlich等溫模型進(jìn)行線性擬合，R2分別為0.98和0.94，表明WS對(duì)Cd2+的吸附，既有表層吸附又有多層吸附，且Langm

5、uir方程擬合得到的最大生物吸附量為17.23mg/g。WS的紅外光譜分析結(jié)果顯示，WS表面官能團(tuán)種類(lèi)多樣、數(shù)目繁多，且大多數(shù)都是能夠與金屬離子配位、螯合的活性基團(tuán)，如:-OH、-COO-、-NH-、C=O、-P=O、-CH-等。
　　(2) WSK是一種理想的Cd2+吸附劑，吸附性能受溫度、pH、反應(yīng)時(shí)間、Cd2+初始濃度的影響。吸附量與體系溫度呈正相關(guān)，溫度越高吸附量越大;隨pH的增加吸附量先升高后降低，pH為5.5時(shí)，吸附效

6、果最佳;在60min后基本達(dá)到吸附平衡;隨著Cd2+初始濃度的升高，WSK對(duì)水溶液中Cd2+的吸附量逐漸增加，當(dāng)Cd2+濃度為300mg/L時(shí)，去除率為94.49％，基本達(dá)到吸附飽和。WSK對(duì)水溶液中Cd2+的吸附符合Freundlich模型，相關(guān)系數(shù)R2為0.94，最大吸附量為119.76mg/g; WSK對(duì)Cd2+的吸附反應(yīng)過(guò)程與二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型相符，R2達(dá)到了0.9995。SEM照片顯示，與WS相比，WSK表面呈多孔結(jié)構(gòu)，比表面積、

7、孔容及表面吸附位點(diǎn)均有所增加，這有助于提高其吸附性能。紅外光譜圖分析表明WSK主要靠-OH、-COO-、-NH-、C=O、-P=O、-CH-等離子活性官能基團(tuán)與Cd2+配位結(jié)合，其中-COO-起重要作用。
　　(3)將白果殼炭化后再用高錳酸鉀改性后的材料MWSB-K，其改性后對(duì)Cd2+的吸附量是改性前的5-6倍，其最佳吸附粒徑為0.15-0.2mm，同時(shí)溫度對(duì)于MWSB-K吸附Cd2+具有極大的促進(jìn)作用，表現(xiàn)為吸附量隨體系溫度的升

8、高而增大，其最大去除率為99.54％，對(duì)應(yīng)的吸附量為49.27mg/g。從溫度、Cd2+初始濃度和pH三因素正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)可知，三個(gè)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響大小順序依次為:溶液初始Cd2+濃度＞溶液pH＞溫度，優(yōu)化結(jié)果為pH=5.4、水浴溫度為45.6℃、初始Cd2+濃度為369.8mg/l時(shí)，與此相對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)模型得到的去除率為99.88％。在此條件下對(duì)Cd2+的優(yōu)化吸附量也可以達(dá)到152.34mg/g。SEM和FTIR分析表明，MWSB-K吸附