生物聚合物載鐵吸附劑強化去除水中微量銻的研究.pdf

1、中國是一個產(chǎn)銻大國，因此銻污染的問題日益嚴(yán)重，銻污染的治理越來越受到各界的廣泛關(guān)注。常規(guī)的水處理方法對于治理高濃度的含銻廢水效果較好，能夠快速降低銻污染的濃度。但隨著對銻污染的認(rèn)識及其排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，常規(guī)方法已發(fā)現(xiàn)難以滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)，造成對人類健康和環(huán)境污染的具體潛在威脅。當(dāng)務(wù)之急，亟需開發(fā)一種能夠有效處理微量含銻廢水的方法。本研究采用課題組研發(fā)的生物聚合物載鐵吸附劑(CS/CA-Fe)，處理水中不同形態(tài)的銻，研究其吸附性能與機理;同

2、時，研究水中金屬陽離子引起的吸附劑表面特性及其對水中銻的吸附性能的影響;詳細(xì)地探討了金屬陽離子強化吸附除銻的機理。在靜態(tài)吸附條件的基礎(chǔ)上，將吸附劑填充于吸附柱中，模擬含銻廢水，對動態(tài)吸附柱的條件參數(shù)也進行了考察。
　　本課題首先對比研究了CS/CA-Fe對水中兩種價態(tài)的無機銻，Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附行為，包括溶液pH和競爭離子對吸附行為的影響，吸附動力學(xué)和熱力學(xué)，以及吸附劑的再生性能。結(jié)果表明，隨著溶液pH值的逐漸升高，Sb

3、(Ⅴ)去除效果逐漸降低，pH為4時吸附效果較好;但Sb(Ⅲ)的去除效率受pH的影響較小。不同價態(tài)競爭離子的實驗結(jié)果表明，隨著競爭離子價態(tài)以及強度的提高，CS/CA-Fe對Sb(Ⅴ)的吸附效果會逐漸減弱，但是對Sb(Ⅲ)吸附效果不會因競爭離子的存在而產(chǎn)生影響。再生實驗的結(jié)果表明，1M NaOH溶液對吸附Sb(Ⅴ)后的CS/CA-Fe再生效果較好，而乙二胺四乙酸二鈉對吸附Sb(Ⅲ)后的CS/CA-Fe的再生效果較好，由于存在鐵氧化物脫落的情

4、況，因此選擇與其再生效果相接近的1M NaOH溶液進行再生，對吸附Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)后的CS/CA-Fe再生率分別達到了54％和95％。對CS/CA-Fe吸附兩種價態(tài)銻的動力學(xué)研究結(jié)果表明，準(zhǔn)二級動力學(xué)模型擬合結(jié)果更好。進一步的顆粒內(nèi)擴散以及Elovich模型的擬合，說明整個吸附過程包括外部擴散、界層擴散和孔內(nèi)擴散三個傳質(zhì)過程。pH4時，由于存在氧化作用，Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附速率主要受外部擴散的影響;pH7.5時，Sb(Ⅴ)

5、的吸附速率主要受孔內(nèi)擴散的影響，吸附速率減慢，而在此條件下，Sb(Ⅲ)的吸附不受pH的影響，吸附速率仍然與外部擴散有關(guān)。用Langmuir和Freundlish模型皆能很好地擬合兩種形態(tài)銻的吸附等溫線，但Langmuir模型的回歸系數(shù)低于Freundlich模型，說明二者的吸附過程更符合Freundlich模型，在pH4，298K時，CS/CA-Fe的最大吸附容量分別為42.48mg/g和43.73mg/g。通過對兩種形態(tài)銻的吸附特性對

6、比分析可以看出，CS/CA-Fe對Sb(Ⅴ)存在靜電引力以及絡(luò)合作用;對Sb(Ⅲ)主要存在絡(luò)合作用以及氧化作用。
　　從課題組前期的研究知道，CS/CA-Fe對銻的吸附去除包括靜電吸附和化學(xué)吸附兩部分作用。為進一步探討靜電作用對其吸附性能的強化作用，本研究考察了不同金屬陽離子對CS/CA-Fe的表面特性以及吸附除Sb(Ⅴ)性能的影響，特別對Cu2+參與的吸附除銻體系進行了詳細(xì)研究。結(jié)果表明，不同的金屬陽離子引入，提高了CS/CA-

7、Fe的表面電位，并且強化了對水中微量銻的吸附，其中Cu2+的強化作用最明顯。因此選擇了Cu2+進行了進一步的研究。研究的結(jié)果表明，當(dāng)溶液中同時存在Cu2+和Sb(Ⅴ)的情況，并且溶液中的Sb(Ⅴ)與Cu2+均處為較低濃度，Cu2+的存在會抑制溶液pH的升高，增強CS/CA-Fe對Sb(Ⅴ)的富集作用，提高CS/CA-Fe對微量Sb(Ⅴ)的吸附容量，同時Cu2+吸附于CS/CA-Fe的表面位點，增加了CS/CA-Fe總的吸附容量，即Qsb

8、+cu＞Qsb+Qcu。通過XPS分峰結(jié)果得知，溶液中的Cu2+迅速地被吸附至CS/CA-Fe表面，并且同時與胺基形成配位鍵，提高了CS/CA-Fe的表面電位，強化了對微量Sb(Ⅴ)的吸附能力。
　　綜上所述，CS/CA-Fe對水中微量銻的吸附作用較大。在酸性條件下，CS/CA-Fe對水中微量Sb(Ⅴ)存在富集作用以及吸附作用，CS/CA-Fe中的鐵氧化物對Sb(Ⅴ)及Sb(Ⅲ)存在絡(luò)合作用，并且能將Sb(Ⅲ)氧化為Sb(Ⅴ)。當(dāng)