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生物质廉价吸附材料对Cr (Ⅵ) 和染料的吸附性能及机理研究

党艳  
【摘要】:水体中污染物的去除和降解一直是化学和环境工作者密切关注的问题,其中,吸附法因为环保价廉易去除污染物而成为研究热点。该方法和生物处理、膜处理、高级氧化、化学沉淀等常规方法相比,具有操作方便,处理效率高,吸附剂制备廉价等优点,因而成为目前去除水体污染物最具发展前景的方法之一,本文采用间歇式恒温振荡仪,研究了生物质材料荞麦皮对金属离子和染料的吸附作用,开展了以下工作: 本文采用间歇式恒温振荡仪进行实验,开展了以下工作:(1)以荞麦皮为原料,分别采用不同质量比的乙醇水溶液去除荞麦皮色素,采用BOX-Behnken实验设计,建立了色素提取的二次多项式模型;并以提取色素的吸光度为响应值,在单因素试验的基础上,考察了乙醇质量分数、pH值、超声时间对荞麦皮中色素提取效率的影响。采用响应面优化法优化提取工艺,制备生物质吸附剂;得到最佳提取条件为:料液比为1:40,乙醇质量分数65.25%、pH值5.88、超声时间28min。(2)以荞麦皮为生物质吸附剂,研究其对金属离子Cr(VI)的吸附,讨论了吸附时间、pH、吸附剂用量、初始浓度、温度对吸附率的影响,从动力学、热力学进一步得出吸附速率常数及吸附热力学常数△G°、△伊°和△S°,并对吸附前后荞麦皮进行表征,探讨吸附机理:结果表明:在pH为2,吸附时间10h,吸附剂用量0.25g,温度25℃,初始浓度100 mg/L,去除率为99.85%。吸附过程符合热力学模型Langmuir方程,最大吸附量为63.61 mg/g。(3)提取色素后的荞麦皮作为生物质材料吸附去除水中阳离子染料亚甲基蓝和罗丹明B。通过SEM-EDX、FTIR.pHpZc对荞麦皮表面进行表征,用间歇吸附试验研究荞麦皮吸附亚甲基蓝和罗丹明B的动力学,用准一级、准二级和粒内扩散等动力学方程对吸附数据进行分析。用Langmuir,Freundlich和Dubinin-Radushkevich方程对吸附等温线进行拟合,另外,计算得到了荞麦皮吸附水中罗丹明B的热力学状态函数△G°、△H°、△S°以及平均吸附能E。结合对荞麦皮pHpzc的测定结果和吸附染料前后的红外光谱变化情况,对亚甲基蓝和罗丹明B在荞麦皮上的吸附机理进行了探讨;采用Box-Behnken实验设计对影响荞麦皮吸附去除水中染料的因素:温度、pH值、染料初始浓度进行研究,建立了去除率与上述因素的二次多项式模型,优化得到荞麦皮去除亚甲基蓝和罗丹明B的最佳条件。(4)在上述基础上做多组分混合物的吸附,以两组分染料为模型,对染料进行分析和生物吸附,测定了单组分染料和混合组分染料中各染料的吸附等温线,研究了染料初始浓度、pH值、荞麦皮投加量和吸附时间对染料脱色的影响。 本研究结果表明荞麦皮是一种极具潜力的绿色吸附剂,能够有效用于水中罗丹明B等染料的去除。研究结果为农业废弃物的深度利用探索了一条新途径,进一步工业放大提供设计依据,对于提高农业废弃物附加值和推动水污染治理向纵深发展都具有十分重要的意义。


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