基于海產(chǎn)品廢棄物的重金屬吸附劑的制備及其吸附性能研究.pdf

1、近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，重金屬在環(huán)境中的含量不斷升高，這些污染物通過各種途徑進(jìn)入水體，引發(fā)江河、湖泊等重金屬污染問題，危害人體健康。采用傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法處理重金屬廢水，面臨投資大、操作管理麻煩、難以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放且容易造成二次污染等諸多問題，有些方法由于處理成本高，制約了其在水處理領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用及推廣。因此，尋求一種有效且對環(huán)境友好的治理方法迫在眉睫。近年來，生物吸附法愈發(fā)受到人們的關(guān)注，對比常規(guī)的處理技

2、術(shù)，該方法在重金屬廢水處理方面具有原材料易得、處理成本低、去除率高等優(yōu)點(diǎn)，特別是在處理低濃度重金屬廢水時(shí)優(yōu)勢更為凸顯。因此，人們從經(jīng)濟(jì)環(huán)保的理念出發(fā)，逐步推廣選用生物吸附法來處理水體中的重金屬。
　　海產(chǎn)品廢棄物蟹殼、魚骨等都是天然、低成本的加工業(yè)副產(chǎn)品，這類材料雖然大多比較堅(jiān)硬，作為垃圾處理難度較大，但其中所含的氨基、羥基等官能團(tuán)，能夠和一些重金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，且其表面存在的一些離子可以與廢水中的金屬離子發(fā)生交換反應(yīng)，如

3、果將這類材料回收作為制備吸附劑的原材料，不僅可以提高海產(chǎn)品的利用價(jià)值，而且減少了固體廢棄物排放所造成的環(huán)境污染。
　　本課題分別以蟹殼和魚骨為原料，制備出新型生物吸附劑，進(jìn)而對這些吸附劑的吸附性能進(jìn)行研究，分析吸附過程的等溫線方程及動(dòng)力學(xué)模型，探討它們的吸附機(jī)理和蟹殼改性機(jī)理。主要的研究結(jié)果如下:
　　(1)蟹殼
　　蟹殼分別經(jīng)過FeCl3、C6H8O7·H2O、NaCl改性處理，制備出生物吸附劑。從吸附劑優(yōu)選試驗(yàn)中得

4、出，經(jīng)過C6H8O7· H2O改性的蟹殼(CSCA)對Pb2+的吸附效果最好，與未改性蟹殼(CS)相比，去除率提高27.52％;采用NaCl改性的蟹殼(CSSC)除Cd2+效果最好，去除率比CS提高13.72％。
　　吸附過程的影響因素、等溫線方程及動(dòng)力學(xué)模型擬合結(jié)果表明:pH值越低、投加量（＞2.0 g/L）越高，CSCA對Pb2+的吸附容量越小;而pH值越低、投加量（＞0.3g/L）越高，CSSC對Cd2+的去除效果越差。不同

5、溫度下CSCA對Pb2+的動(dòng)力學(xué)擬合結(jié)果與CSSC除Cd2+相同，吸附過程都符合準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型，并通過膜擴(kuò)散和顆粒內(nèi)部擴(kuò)散共同控制吸附速率。CSCA吸附Pb2+的過程適合于用Langmuir吸附等溫模型來描述，飽和吸附量為4.989 mg/g。CSSC對Cd2+的吸附更符合Freundlich等溫吸附模型。在初始Cd2+0.76 mg/L，pH=6，投加量為0.3 g/L，T=40℃，CSSC對Cd2+的去除效果最好，其最大吸附量為2

6、.503 mg/g。
　　改性前后的掃描電鏡、能譜圖及紅外光譜圖對比得出，經(jīng)過改性的CSCA、CSSC表面多孔粗糙，比表面積增大，引入的羧基、Na+等在吸附金屬離子過程中發(fā)揮重要作用;吸附機(jī)理主要包含:物理吸附;羧基基團(tuán)與Pb2+發(fā)生靜電吸引作用，N-H、O-H基團(tuán)與Pb2+配位結(jié)合;Na+與Cd2+之間的離子交換反應(yīng)，O-H、C-Cl基團(tuán)與Cd2+配位結(jié)合。
　　(2)魚骨
　　魚骨在NaOH與洗滌劑混合液中進(jìn)行脫脂

7、除油處理，制成生物吸附劑（FIBA）。
　　吸附過程的影響因素、等溫線方程及動(dòng)力學(xué)模型擬合結(jié)果表明:FIBA對Pb2+、Cd2+、Cu2+都有很好的吸附效果，在單一初始Pb2+10 mg/L和Cd2+0.88 mg/L溶液中，當(dāng)pH=6.0，投加量為0.3g/L時(shí)，吸附容量達(dá)到最大，分別為Pb2+-33.389 mg/g、Cd2+-1.851mg/g。在初始Cu2+50 mg/L，當(dāng)pH=5.0，投加量為1.0g/L時(shí)，對Cu2+

8、的吸附效果最好，其最大吸附量為49.773 mg/g。處理后廢水中剩余金屬離子的含量不超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中限定的Ⅲ類值。針對單一的含Pb2+、Cd2+、Cu2+廢水，F(xiàn)IBA吸附這三種目標(biāo)離子的過程與準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型相吻合;并且在吸附過程當(dāng)中，顆粒內(nèi)擴(kuò)散會(huì)影響吸附速率，但它不是唯一控制速率的步驟;吸附反應(yīng)速率常數(shù)隨著溫度的升高逐漸增大，升溫有利于吸附反應(yīng)的順利進(jìn)行。Freundlich等溫線比Langm

9、uir模型更適合于描述FIBA吸附Pb2+、Cd2+、Cu2+的過程，表明該過程為多分子層吸附，同時(shí)特征參數(shù)(1)/n值均小于1，表明FIBA有利于吸附廢水中的Pb2+、Cd2+、Cu2+。
　　FIBA吸附金屬離子前后的能譜圖變化可以看出，吸附了Cd2+、Pb2+、Cu2+后的FIBA能譜圖上分別顯現(xiàn)出對應(yīng)的鎘、鉛、銅金屬元素吸收峰，且吸附后Na、P、Ca、O等元素的含量發(fā)生變化。FIBA對Cd2+、Pb2+、Cu2+的吸附機(jī)理