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黑碳对离子型污染物的吸附行为研究

郑珍芝  
【摘要】:本文以水稻秸秆燃烧残渣为原料制备黑碳(BC),用比表面积–孔结构测定仪、Zeta电位仪、傅里叶变换红外光谱仪等表征其结构特征,用Boehm滴定法测定了其表面官能团含量。采用批量平衡法,研究了黑碳对水中离子型污染物(水溶性阴阳离子染料和重金属离子)的吸附性能并探讨了吸附机理,为黑碳处理净化相关污水提供理论依据。 本文首先采用了自制黑碳(BC)和市售活性炭(AC)对阴离子染料活性艳兰KN-R和阳离子染料罗丹明B(RB)进行对比吸附研究。BC和AC的等电点(pHPZC)分别为1.91和8.23,因此在pH值为3.0和6.5的溶液条件下,BC表面将带负电荷而活性炭表面带正电荷。BC对RB的吸附效果好于活性炭,而活性炭对活性艳兰的吸附效果比黑碳好。根据吸附实验结果和FTIR光谱分析,推测染料吸附机理为p-p色散力作用、静电作用、氢键作用。 黑碳对水中重金属离子具有很强的吸附能力,吸附量是活性炭的3倍之多,与两者的表面特性差异相一致。硝酸改性能增加黑碳表面的酸性官能团,金属阳离子Zn(II)、Cd(II)、Cr(III)吸附量随着表面酸性官能团的增加而增加,而金属阴离子Cr(VI)则刚好相反,推测黑碳对金属离子的吸附机制主要为静电作用。 Zn(II)、Cd(II)在黑碳与活性炭上竞争吸附时吸附量均下降,Zn(II)竞争吸附能力比Cd(II)强。Zn(II)和Cd(II)的有效离子半径差异与软硬酸碱理论可解释这一现象。


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