椰壳活性炭能化及吸附镉应用研究

 水体重金属污染已成为全球性的环境污染问题。越来越多的国家和地区将重金属污染防治作为一项重点工作计划。重金属的废水来源很广，金属矿山、有色金属冶炼、钢铁、电镀、石油化工、制革、照相等行业都有重金属废水产生。去除废水中重金属离子的方法分物理法、化学法、生物法三大类以及新型复合处理方法。吸附法是物理法的一种，常因其工艺简单、运行成本低、去除效果好而一直饱受青睐。本论文的主要工作是引入了活性炭改性技术，将来源广泛的具有较强吸附能力的椰壳活性炭先经硝酸、双氧水氧化，再经过氨气高温处理，或氨水浸泡，或吡啶浸泡等方法官能化活性炭吸附剂，并考察了改性吸附剂的物化性质及其对废水中镉离子的吸附特性。通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FIIR)、BET表面积测定对吸附剂的物化性质进行了表征。 考察了接触时间，初始金属离子浓度和吸附剂用量等因素对其吸附镉效果的影响，探索了提高活性炭对重金属吸附能力的方法。经改性的活性炭材料孔隙明显增多，分布均匀，经H2O2处理的样品(ACH)孔体积和表面积都小于经HNO3处理的样品(ACN)，经硝酸、氨水处理后(ACNYNH)，表面粗糙，孔隙增加，平均孔径为2.6639nm，而经硝酸、吡啶处理后(NYBD)表面变得光滑，平均孔径为2.6930nm。从红外光谱图中可看出，HNO3使活性炭表面成功地负载了C=O、含氮官能团，再用吡啶浸渍可增加酰胺基。官能化活性炭吸附Cd2+的实验表明，吸附反应在4h内达到平衡。Cd2+去除率随吸附剂用量的增大而升高。当Cd2+的初始浓度增大时，对其的吸附容量逐渐增大，而去除率下降。二级动力学方程能很好的拟合吸附平衡数据，以Langmuir和Freundlich模型拟合吸附平衡数据。结果表明在Cd2+浓度10-1000mg/L范围内，Langmuir模型比Freundlich模型能更好的拟合活性炭吸附剂Cd2+的吸附等温数据，经改性后样品的吸附容量都显著增加，样品ACNYBD、经HNO3再经13%氨水处理(ACNBNH)、NYBD和ACN的最大吸附量分别为35.0mg/g、29.1mg/g、172.9mg/g、61.8mg/g，经吡啶浸泡后的样品NYBD具有最高的吸附容量，对镉离子的最大吸附容量达到了172.9mg/g，处理效果显著。