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改性蛭石-胡敏酸复合吸附剂对镉、砷的吸附特性与机制研究

尹亚欧  
【摘要】:吸附法广泛应用于重金属废水的治理过程。本研究通过对天然蛭石进行改性修饰,制备出改性蛭石,并通过与胡敏酸混合,分别得到对镉、对砷以及同时对镉砷具有良好吸附效果的复合吸附剂。本文研究了复合吸附剂的最佳制备条件,并研究了复合吸附剂分别对镉、砷的吸附机理。主要结论如下:1.本文研究了焙烧温度、时间、三氯化铁浓度以及胡敏酸占比等单一改性因素对改性效果的影响,并通过正交实验,分别得到了对镉(复合吸附剂A15)、对砷(复合吸附剂A7)以及对镉砷同时具有最高去除率的组合(复合吸附剂A8)。通过对复合吸附剂A8进行吸附性能检验与表征分析,可以发现,复合吸附剂较单一蛭石或胡敏酸的吸附性能有明显升高。表征分析表明,复合吸附剂表面微孔结构增多,附着有氢氧化铁颗粒,复合吸附剂中的羟基、羧基、胺基以及羰基等活性基团在吸附中起到关键作用。2.复合吸附剂A15对镉的吸附研究表明,在酸性较强(pH5)的条件下,不利于对Cd2+的去除;吸附平衡时间大约为240min。响应面分析表明,交互效应显著的因素组合为:吸附时间与吸附剂用量、吸附时间与初始pH。通过模拟,最佳吸附条件为:时间296min、吸附剂用量4.9g/L、pH为6、Cd2+初始浓度去55mg/L,实际去除率为97.20%与各个因素对去除率响应值的影响程度排序为:吸附时间pH吸附剂用量初始离子浓度。等温吸附分析表明,吸附剂对Cd2+的吸附过程能够用Langmuir模型较好的表达。吸附剂对Cd2+的理论最大吸附量qm可以达到30.39mg/g(293K)。吸附动力学分析表明,准二级动力学更符合吸附的实际过程。热力学分析表明,升温促进吸附过程的推进,吸附的主要作用力为氢键力与偶极间力。吸附控速步骤研究表明,吸附的主要控制作用的为颗粒扩散作用与化学吸附作用。3.复合吸附剂A7去除As(Ⅲ)最适宜pH为5~6之间;吸附平衡用时大约480min。响应面分析表明,吸附时间与吸附剂用量之间的交互效应显著。最佳吸附条件为:时间383min、吸附剂用量8.89g/L、pH为5.0、As(Ⅲ)初始浓度14mg/L,此条件下的实际去除率为97.85%。各个因素对去除率响应值的影响程度排序为:初始pH吸附剂用量≈吸附时间As(Ⅲ)初始浓度。等温吸附拟合结果显示,吸附剂对As(Ⅲ)的吸附过程符合Langmuir模型,最大吸附量5.01mg/g。吸附动力学分析表明,准二级动力学更准确。吸附热力学分析表明,吸附行为是自发进行的吸热反应,吸附的主要作用力为氢键力与偶极间力。吸附控速步骤研究表明,吸附的主要控制作用的为颗粒扩散作用与化学吸附作用。


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