蛭石-水溶液體系中Cu(Ⅱ)的吸附特性研究.pdf

1、由于工業(yè)的迅速發(fā)展,重金屬污染問題日益突出。如何經濟、高效地去除廢水中的重金屬離子已成為水環(huán)境保護中的重要課題。采用人工濕地處理含重金屬離子廢水是一種新興工藝,其低能耗、低運行成本的優(yōu)點吸引著眾多研究者的關注。人工濕地去除廢水中重金屬離子主要是依靠填料的吸附作用來實現,因此填料的選擇、定量及其對重金屬離子吸附行為的研究在應用人工濕地處理重金屬廢水中具有重要意義。
　　 經典等溫吸附理論都將平衡離子吸附密度qe定義為平衡液相離子濃

2、度Ce的一元函數,而所有經典動力學方程也只給出了吸附密度q與吸附接觸時間t的關系。在實際應用中經典吸附方程存在著吸附劑濃度效應和方程中參數不穩(wěn)定等問題,受基本函數關系的限制,經典方程不能直接用于計算已知起始離子濃度C0和吸附劑濃度W0體系的吸附量。因此,改進和完善液/固吸附理論,建立更為科學實用的離子吸附定量模型成為當前吸附領域的研究重點之一。
　　 針對以上問題,本研究選擇蛭石作為吸附劑,在起始離子濃度20-750mg/L和吸

3、附劑濃度20-150g/L范圍內進行了Cu2+的等溫吸附試驗和動態(tài)吸附試驗。主要研究結果如下:
　　 1.等溫吸附試驗表明,蛭石對Cu2+具有較強的吸附能力,其飽和吸附密度qm可達4.5mg/g；動態(tài)吸附試驗表明,蛭石對Cu2+具有較快的吸附速率,10分鐘內,吸附密度可達平衡吸附密度的65％左右。因此,利用蛭石這一價格低廉、儲量豐富的新型吸附材料來去除廢水中的Cu2+,不僅可取得良好的處理效果還可以有效地降低廢水的處理成本。

4、r>　　 2.經典等溫吸附曲線存在明顯的吸附劑濃度效應,隨吸附劑濃度W0增大,傳統(tǒng)定義的qe-Ce等溫線降低,經典方程的參數也呈現顯著差異,說明與經典模型定義的關系不同,平衡吸附密度qe不唯一由液相平衡濃度Ce所決定,而是Ce和W0兩個變量的函數。由于樣本系列吸附劑濃度具有顯著差異,Langmuir與Freundlich方程均不能用來描述綜合樣本試驗數據。
　　 3.平衡離子吸附密度qe為C0/W0(起始點液相離子濃度C0與吸

5、附劑濃度W0的比值)與Ce/W0(平衡液相離子濃度Ce與W0的比值)兩者之差。重復測試證實qe、Ce/W0與C0/W0三者具有一一對應的關系。觀察到的現象表明液/固相離子吸附體系中的強度因子不是Ce而是固相的qe與液相的Ce/W0。支持這一強度因子觀點的依據是離子吸附反應的方向與速率取決于系統(tǒng)中離子量與吸附劑量的相對水平。
　　 4.檢驗了液/固離子吸附體系四組分模型理論,該模型認為吸附系統(tǒng)由四個必要并密切相關的因子組成,其分別

6、為:液相離子C、固相離子Q、未被占據的吸附點Wu、以及被離子占據的吸附點Wc,離子吸附基本反應式為:
　　 C+Wu＝Q+Wc
　　 吸附反應的平衡常數為:
　　 k=([C]e[Wu]e)/([Q]e[Wc]e)=(Ce/W0)(qm-qe)/qe2
　　 理論上,離子吸附反應達到平衡的條件是離子與吸附劑化學勢之和在液固相之間的差異為零,即
　　 μC,e+μWu,e=μQ,e+μWc,e

7、>　　 5.用Cu2+吸附數據驗證了平衡吸附預測模型:
　　 qe={c0+qm-[(c0+qm)2-4c0qm(1-k)]1/2}/[2(1-k)],c0=C0/W0
　　 模型的參數(吸附容量qm與吸附平衡常數k)物理意義明確。重現性檢驗證實平衡吸附預測模型具有較高的預測精確度。
　　 6.用Cu2+吸附數據驗證了新的動力學方程:
　　 q=qe{1-[b/(b+t)]a},a=1/2,b=qe/(