改性膨润土/炭复合吸附剂对四环素的吸附性能研究

【摘要】：近年来,随着抗生素对环境污染的加剧,处理水环境中残留抗生素已经越来越引起人们的广泛关注。本研究以柚子皮粉和膨润土为原料,制备了膨润土/炭复合吸附剂,并将其用于废水中四环素的吸附。考察了不同制备条件、改性方法及吸附条件对吸附剂吸附性能的影响。用等温吸附模型、动力学、热力学以及相应的吸附理论进行系统分析,研究结果表明：(1)考察原料配比、焙烧温度、焙烧时间等对膨润土/炭复合吸附剂吸附性能的影响,得到较佳的制备条件为：焙烧温度300℃,原料配比1：1,焙烧时间3h, ZnCl2浸渍改性,搅拌改性时间1h。在较佳制备条件下制得的吸附剂对四环素的吸附率和吸附量值分别为93.38%、115.57mg/g。考察吸附时间、吸附剂加入量、四环素溶液初始浓度及吸附温度对吸附性能的影响,得到较佳的吸附条件为：吸附搅拌时间30min,吸附剂加入量0.02g,四环素初始浓度100mg/L,吸附温度为常温。在较佳条件下膨润土/炭复合吸附剂对四环素的吸附率达到93.64%。(2)通过对实验结果数据进行Langmuir等温吸附模型、Freundlich等温吸附模型以及Temkin等温吸附模型模拟,可以看出改性膨涧土/炭复合吸附剂的吸附用Freundlich等温方程拟合的效果较好。同时,通过线性相关系数的值判断,推断该吸附为改性膨润土/炭复合吸附剂在不同温度下吸附四环素过程对Freundlich等温吸附模型拟合度比较高,可能吸附符合Freundlich吸附模型的假设,属于化学吸附为主导的吸附过程。(3)利用吸附动力学一级模型、吸附动力学二级模型、颗粒内扩散模型和Elovich模型四个动力学模型分别对吸附实验数据进行拟合,结果表明,吸附数据不适合动力学一级模型,说明吸附过程不是单一因素作用的结果。吸附动力学二级模型的拟合程度相对较好,证明吸附动力学主要是受化学作用所控制,而不是受物质传输步骤所控制,Elovich动力学模型拟合效果良好,说明吸附过程符合两阶段吸附理论。内扩散模型拟合结果与实验数据偏离较大,说明改性膨润土/炭复合吸附剂吸附四环素的过程中内扩散不是控制吸附快慢的步骤。(4)吸附热力学研究表明：对实验中的数据进行热力学计算,可以得到吸附热力学参数,由实验数据可知,吸附自由能AG都为负值,说明改性膨润土/炭复合吸附剂的吸附是一个自发反应的过程；另外,不同于一般吸附反应的是,四环素的吸附效果随温度的升高有所升高,吸附热AH均为正值,说明反应是吸热的,吸附熵值AS也是变小的。这可以用溶剂置换理论来解释,通过AH的值及AG绝对值的大小,还可以判断,改性膨润土/炭复合吸附剂的吸附是物理吸附和化学吸附共同作用的结果,但是化学吸附占主导。(5)用TG、SEM、BET和IR分析等表征手段对改性膨润土/炭复合吸附剂的微观形貌和结构特征进行表征。