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小麦秸秆生物吸附剂的制备及其对镉离子吸附的研究

刘恒博  
【摘要】:本文以小麦秸秆为原料,制备了三种重金属离子生物吸附剂:原状小麦秸秆吸附剂(WS)、ZnCl_(2~-)微波改性小麦秸秆吸附剂(ZWS)和乙醇-NaOH改性小麦秸秆吸附剂(AWS),并将它们用于吸附去除水中的镉离子。采用扫描电镜和红外光谱分析对制备好的吸附剂进行了结构表征,通过振荡吸附实验探讨了吸附剂投加量、溶液初始pH值、吸附时间、温度和镉离子浓度对吸附的影响,研究了三种吸附剂对镉离子的吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学参数,并查明了以HCl为解吸剂解吸再生三种吸附剂的效果。 对三种小麦秸秆生物吸附剂的表征研究结果表明:WS的表面结构粗糙,并存在许多可以用于吸附的官能团,显示原状小麦秸秆具有一定的吸附重金属离子的潜力;改性后的产物ZWS和AWS不但较WS有更大的比表面积,并且其羟基、羰基等官能团也发生了不同程度的变化,这些都使得这两种改性吸附剂对重金属离子的吸附能力增强。 振荡吸附实验结果表明:随吸附剂投加量的增加,WS、ZWS和AWS对Cd~(2+)的去除率逐渐增大而吸附量逐渐减小,其最佳投加量分别为6g/L、4g/L、6g/L;溶液初始pH值对WS、ZWS和AWS吸附Cd~(2+)的效果有显著影响,最适初始pH值分别为7.0、6.0和5.0~7.0。在293K到313K范围内,三种吸附剂对Cd~(2+)的吸附量随温度升高而增大,其热力学参数说明它们对Cd~(2+)的吸附过程均为自发、熵增的吸热过程;在实验的浓度范围内,三种吸附剂对Cd~(2+)的吸附量随溶液Cd~(2+)浓度升高而增大,直至达到饱和。 吸附动力学研究结果表明:WS对Cd~(2+)的吸附仅符合准二级动力学模,吸附60min即可达到平衡;ZWS对Cd~(2+)的吸附符合准一级动力学模型和准二级动力学模型,吸附在120min左右达到平衡;AWS对Cd~(2+)的吸附符合准一级动力学模型和准二级动力学模型,且准二级动力学模型的拟合效果更佳,吸附在45min内便达到平衡。 吸附等温线研究结果表明:WS对Cd~(2+)的吸附符合Langmuir和Freudlich模型,并且Langmuir模型的拟合结果更佳,三种温度下(293K、303K、313K)的饱和吸附量分别为16.393、17.544和17.857mg/L;ZWS对Cd~(2+)的吸附仅符合Langmuir模型,三种温度下的饱和吸附量分别为62.500、64.935和67.568mg/L,较WS分别提高了281.3%、270.1%和278.4%;AWS对Cd~(2+)的吸附仅符合Langmuir模型,三种温度下的饱和吸附量分别为20.000、20.833和21.739mg/L,相对于WS分别提高了22.0%、18.7%和21.7%。 吸附剂再生实验结果表明:吸附了Cd~(2+)的WS、ZWS和AWS可以用0.1mol/L HCl解吸再生,解吸率均大于95%;解吸再生后三种生物吸附剂的吸附性能均有所下降,下降幅度顺序为:WS>ZWS>AWS。


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