论文摘要
重金属污染是一个相当严重的环境问题。镉具有很强的生物毒性和不可降解性,对生态环境和人体健康有极大威胁,被列为优先控制污染物。环境中镉的主要污染源是电镀、采矿和化学工业等部门的废水,如何简单高效去除水中的镉,有重要的社会意义和经济意义。目前,水中重金属的去除方法有化学沉淀、膜分离、离子交换、吸附、电解等,其中吸附法因简单高效而广泛应用。活性炭纤维是一种新型活性炭,孔径小且均匀,表面官能团发达,吸附性能好,逐步应用于水处理领域。以电感耦合等离子体光谱为检测手段,佐以比表面积分析, X射线衍射,元素分析和傅里叶变换红外光谱,研究比较了三种活性炭纤维（纤维炭网、活性炭无纺布、活性炭纤维毡）的结构特点及其对水中镉的吸附性能。三种活性炭纤维结构基本类似,具有较发达的孔隙结构。活性炭无纺布极性较强,表面有丰富的羟基、羧基、醛基等含氧官能团,对水中镉的吸附作用最大。因此,选择活性炭无纺布为吸附剂进行后续实验。研究了活性炭无纺布吸附镉的影响因素,如溶液pH,吸附时间等。溶液pH影响吸附剂表面电荷及水中镉的存在状态。水中镉的去除效率随溶液初始pH的增大而增大,在较低pH时,吸附剂与Cd2+间存在静电斥力,同时H+和Cd2+存在竞争吸附, pH>9时,镉的去除是吸附与沉淀协同作用的结果,选择pH为6～7。在吸附的初始阶段,活性炭无纺布对Cd2+的吸附量迅速增加, 10 min时,吸附率达到72%。随着吸附位点逐渐被Cd2+所填充,吸附速率逐渐变慢, 300 min时,吸附容量基本无变化,吸附趋于平衡。优化了镉的吸附条件后,进行等温吸附实验和动力学实验。结果表明, 25℃时,吸附时间为300 min, pH 6.0条件下,当镉的平衡浓度在20.00 mg·L-1时,活性炭无纺布对镉的单位质量吸附量和单位比表面积吸附量分别是3.04 mg·g-1和0.035 mg·m-2。用Langmuir方程(R2=0.997,KL=1.796 L·mg-1)和Freundich方程(R2=0.895,KF=0.918 L·mg-1,n=2.12)拟合活性炭无纺布对镉的等温吸附数据, Langmuir方程计算的理论吸附量为3.07 mg·g-1,与实验值相当,并且线性系数更高,说明该体系的吸附符合Langmuir方程,主要为单分子层吸附。Langmuir分离因子介于0和1之间,表明活性炭无纺布对镉的吸附容易进行。用准一级动力学方程、准二级动力学方程、颗粒内扩散方程和Elovich方程四种动力学模型拟合吸附过程。在吸附的前5 min,镉在活性炭无纺布上的吸附符合颗粒内扩散方程（R2=0.985）,吸附主要受颗粒内扩散控制。在吸附的5～300 min,颗粒内扩散方程拟合较差。整个吸附过程符合准二级动力学方程(R2=0.999,k2=0.367 g·mg-1·min-1), Elovich方程(R2=0.981,a=0.271 mg·g-1,b=0.083 mg·g-1·（lg min）-1)和准一级动力学方程(R2=0.927,k1=0.008 8 min-1)次之,颗粒内扩散方程（R2=0.785）最差。活性炭无纺布对镉的吸附过程是一种化学作用为主的吸附过程。对5.00 mg·L-1含镉水样,活性炭无纺布投放量为10 g·L-1时,吸附后水中镉的浓度小于0.10 mg·L-1,符合《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）。活性炭无纺布可同时吸附镉,铜,铅,铬等重金属离子,选择性较差。但在电镀、采矿等实际废水中重金属种类复杂,适当提高吸附剂投放量,可同时去除多种重金属。利用活性炭无纺布吸附处理含镉水样,处理效果好、操作简单,可以作为去除水中镉的吸附剂,为含镉废水的处理提供了技术支持和理论基础。
论文目录
文章来源
类型: 期刊论文
作者: 张辰凌,韩梅,贾娜,刘冰冰,刘佳,王振兴,刘玲霞
关键词: 活性炭无纺布,电感耦合等离子体光谱,吸附
来源: 光谱学与光谱分析 2019年03期
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 化学,有机化工,环境科学与资源利用
单位: 中国地质科学院水文地质环境地质研究所
基金: 国家自然科学基金项目(41302190,41502336),中国地质科学院基本科研业务费项目(YYWF201729)资助
分类号: X52;O657.31;TQ424
页码: 931-936
总页数: 6
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标签：活性炭无纺布论文; 电感耦合等离子体光谱论文; 吸附论文;