生物吸附劑對地下水中鐵猛的吸附特性研究.pdf

1、地下水受人為因素及地質條件的影響通常含有過量的鐵錳離子，飲用后會嚴重影響人們的身體健康，高鐵錳地下水對工農業(yè)生產也會造成一定影響，嚴重制約了地下水的利用及當地經濟的快速發(fā)展，因此發(fā)展有效的方法去除地下水中鐵錳勢在必行。傳統(tǒng)的去除地下水中鐵錳的方法存在很多的弊端，成本較高且操作復雜。生物吸附法以其成本低廉，操作簡便，吸附效果好，不會對環(huán)境造成二次污染的特點，逐漸成為人們關注的去除水中重金屬的新技術。開展生物吸附法去除地下水中鐵錳的研究，具

2、有十分重要的現實意義。本研究選取工農業(yè)廢棄物稻殼灰、酵母、稻殼為生物吸附劑對地下水中的鐵錳進行去除。稻殼是稻谷加工過程中的副產物，產量豐富，堆置或燃燒既浪費資源又污染環(huán)境;稻殼灰是稻殼燃燒后的產物，大的比表面積和多孔性的結構使其可以成為優(yōu)良的吸附劑材料;酵母是啤酒生產過程的副產物，產量豐富，且對金屬離子有很好的吸附能力。以上述三種物質作為吸附劑主體，在實現地下水中過量鐵錳離子去除的同時，實現以廢治廢的目的。本論文的研究內容主要是對三種吸

3、附劑進行特性表征，對比其作為生物吸附劑的可行性，并推測吸附的機制。然后，通過靜態(tài)批次試驗，考察Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)吸附過程的影響因素，得到吸附的最佳條件，在此基礎上進行吸附等溫線和動力學研究。本論文得到的主要研究成果如下:
　　 吸附劑特性表征方面，應用Boehm滴定法對吸附劑表面官能團進行定量分析，結果表明稻殼灰、酵母、稻殼表面的堿性官能團含量大于酸性官能團，并且羧基官能團含量最多，其次是酚羥基，內酯基含量較少。表面官能團是

4、吸附Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)離子的重要活性基團。利用比表面積測定儀和孔徑分析儀對吸附劑的比表面積和孔結構表征結果表明:稻殼灰的比表面積最大，為58.3863m2·g-1，稻殼的平均孔直徑最大，為71.5268(A)，且稻殼灰的總孔容最大，為0.0402cm3·g-1。大的比表面積和孔容積，有利于稻殼灰對Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)離子的吸附。對稻殼灰和酵母固定化后的球體直徑分別在5-6mm和4-5mm左右，兩種固定化吸附劑的機械強度都較高，且完

5、整度達到99％。
　　 利用掃描電鏡分析了吸附劑的表面形態(tài)，吸附材料的表面形態(tài)結構在一定程度上會影響其對金屬離子的吸附。另外，研究利用微觀手段紅外光譜，X-射線衍射和X-射線熒光光譜對吸附劑的組成成分進行分析。稻殼表面主要含有纖維素類的官能團，且有無定型的SiO2存在;稻殼灰主要由SiO2組成，元素含量分析也證明了稻殼灰中含有大量的Si和O元素;酵母主要由糖類和蛋白質組成，含有—OH、—COOH、N—H等官能團。吸附劑表面的官能

6、團可能與Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)離子發(fā)生了靜電吸附和絡合反應，也是吸附過程中的主要吸附機制。另外，X-射線熒光光譜測定了吸附Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)前后吸附劑的元素含量變化，推測吸附過程中存在離子交換機制。
　　 通過靜態(tài)吸附過程的影響因素分析，得到三種吸附劑對Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)吸附的最佳pH值分別5和6。稻殼灰、酵母、稻殼對Fe(Ⅱ)吸附的最適吸附劑用量分別為0.6g/100mL、0.8g/100mL、1g/100mL，吸附反

7、應達到平衡時間分別是50min、60min、60min。稻殼灰、酵母、稻殼對Mn(Ⅱ)吸附的最適吸附劑用量分別為0.8g/100mL、1g/100mL和1g/100mL，吸附反應達到平衡時間是60min。
　　 吸附等溫線研究結果表明:Langmuir方程能更好的擬合稻殼灰、酵母、稻殼對Fe(Ⅱ)的吸附過程，相關系數R2分別為0.995、0.995、0.997，且對Fe(Ⅱ)的飽和吸附量分別為6.211 mg/g、4.464mg

8、/g和4.049mg/g。稻殼灰、酵母、稻殼對Mn(Ⅱ)的吸附過程也更符合Langmuir方程的擬合結果，相關系數R2分別為0.9862、0.9936、0.9899，且對Mn(Ⅱ)的飽和吸附量分別為3.016mg/g、2.229mg/g和1.899mg/g。稻殼灰對Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附能力最大。
　　 吸附動力學研究結果表明:準二級動力學模型能更好的擬合稻殼灰、酵母、稻殼對Fe(Ⅱ)的吸附過程，相關系數R2分別為0.99