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橘子皮生物吸附剂化学改性合成及其对重金属离子吸附研究

梁莎  
【摘要】: 随着现代工业的迅速发展,重金属污染日趋严重。如何消除重金属的危害并有效地回收重金属是当今环境保护工作面临的突出问题。生物吸附作为一种新兴的重金属去除回收技术,具有原料来源广泛、吸附效率高、环境友好、不产生二次污染等优点,具有广阔的应用前景。 本论文以我国常见农林废弃物橘子皮(OP)为原料,利用其中有效成分,如纤维素、果胶等,分别利用巯基乙酸和二硫化碳,通过化学改性,制备了两种重金属离子生物吸附剂:巯基乙酸改性橘子皮(MOP)和黄原酸化橘子皮(XOP),并将它们用于水溶液中Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+和Ni2+的吸附。采用化学耗氧量、Zeta电位、扫描电镜和红外光谱对改性前后的橘子皮进行了表征;通过静态实验方法考察了溶液平衡pH值、温度、时间、金属离子浓度对吸附过程的影响;分析了各个元素的吸附动力学、吸附热力学及吸附等温线;通过动态吸附实验探索了低pH下铅锌溶液的分离;考察了生物吸附剂的循环使用性能及对实际废水的处理效果;并对吸附机理进行了探讨。 对改性前后的橘子皮吸附剂的表征结果说明,橘子皮经改性后,化学耗氧量显著降低,表面负电荷数目提高,形貌上更疏松多孔,结构上有效官能团增加,这些都使得改性橘子皮生物吸附剂对金属离子的吸附能力增强。 溶液pH值是影响生物吸附剂对Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+和Ni2+吸附的重要因素,最佳吸附pH值为5.0-5.5。在30-60℃温度范围内,随温度升高,MOP和XOP对五种金属离子的吸附率降低,表明改性橘子皮对重金属离子的吸附是一个放热过程。吸附了金属离子的橘子皮生物吸附剂可以用0.1 mol/LHCl溶液解吸再生,经过10次循环使用吸附能力降低很小。动态吸附实验结果表明可以通过固定床实现水溶液中Pb2+与Zn2+的分离或从大量Zn2+溶液中富集Pb2+。 吸附动力学的研究结果表明,MOP和XOP对Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+和Ni2+的吸附速度都很快,在20 min内基本达到吸附平衡,吸附动力学均符合准二级动力学方程。 吸附等温线研究结果表明,MOP对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Ni2+的吸附均符合Langmuir和Freudlich模型,对Cd2+的吸附则采用Langmuir模型拟合更佳。MOP对Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+和Ni2+的最大吸附量分别为70.67、136.05、162.87、64.14和33.94mg/g,高于原始橘子皮OP的吸附量。XOP对Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+和Ni2+的吸附均仅符合Langmuir等温吸附模型,最大吸附量分别为77.58、156.99、223.31、92.68和61.80mg/g,比OP相应的最大吸附量分别提高了1.75、1.38、3.64、4.36和6.29倍。 根据吸附前后溶液pH的变化和红外光谱中特征吸收峰的移动,说明在吸附过程中主要发生了重金属离子与活性官能团(羟基、羧基和碳硫键)的离子交换反应及表面配合反应。


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