La-Fe-粉煤灰吸附劑的制備及其對水體中活性染料的吸附性能研究.pdf

1、針對目前我國水污染日趨嚴(yán)重的現(xiàn)狀，為充分開發(fā)利用內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)量巨大的固體廢物粉煤灰和豐富的稀土資源，發(fā)揮地區(qū)優(yōu)勢和特色，本文根據(jù)粉煤灰(FA)的組成及結(jié)構(gòu)特征，通過添加鐵元素及少量稀土元素采用操作簡便的水熱反應(yīng)法制備出對水體中活性染料具有廉價(jià)、高效、大容量吸附的La/Fe/粉煤灰吸附劑(La/Fe/FA)，確定了最佳制備工藝條件，并就其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了表征，同時(shí)探討了La/Fe/FA吸附劑對模擬廢水中的活性翠藍(lán)KN-G(RTBKN-G)

2、、活性艷紅KD-8B(RBRKD-8B)、活性艷蘭KN-R(RBBKN-R)和活性艷紅X-3B(RBRX-3B)四種活性染料的吸附性能，考察了其影響因素，對吸附動(dòng)力學(xué)、吸附熱力學(xué)、重金屬浸溶、吸附機(jī)理等進(jìn)行了研究，具體結(jié)果如下:
　　(1)通過實(shí)驗(yàn)研究獲得了La/Fe/FA吸附劑制備的最佳條件，即:當(dāng)La與Fe的摩爾比為1∶1，在80℃下反應(yīng)9h，并常溫靜置12h，由此制得的La/Fe/FA吸附劑在投加量為20g/L時(shí)，對濃度分別

3、為1000mg/L、2500mg/L、1600mg/L、350mg/L的RTBKN-G、RBRKD-8B、RBBKN-R和RBRX-3B四種活性染料廢水的去除率均在90％以上，顯示出了該吸附劑對水體中活性染料具有比較強(qiáng)的吸附去除能力。
　　(2)探討了La/Fe/FA吸附劑對RTBKN-G、RBRKD-8B、RBBKN-R和RBRX-3B四種活性染料的吸附性能及其影響因素，結(jié)果表明:溶液初始pH值、溫度和接觸時(shí)間是影響La/Fe/

4、FA吸附劑吸附去除四種活性染料的重要因素，當(dāng)溶液初始pH值為6.0，在298K下攪拌120min時(shí)，得到所制備的La/Fe/FA吸附劑對濃度分別為1200mg/L、2550mg/L、2000mg/L、400mg/L四種活性染料即RTBKN-G、RBRKD-8B、RBBKN-R和RBRX-3B廢水的吸附量分別可達(dá)到40.73mg/g、91.08mg/g、69.43mg/g和14.36mg/g。La/Fe/FA吸附劑對四種活性染料的去除率隨

5、初始染料濃度的增大而逐漸減小(染料初始濃度的變化范圍分別為700～2200mg/L、2550～6150mg/L、400～3600mg/L和400～2800mg/L)。與原灰相比，相應(yīng)的吸附量分別增大了2.5倍、2.5倍、2倍和2倍。
　　(3)吸附動(dòng)力學(xué)研究表明，La/Fe/FA吸附劑對RTBKN-G、RBRKD-8B、RBBKN-R和RBRX-3B四種活性染料均有較快的吸附速率，且約在30min即可達(dá)到基本吸附平衡，且不同溫度下

6、所獲得的吸附動(dòng)力學(xué)曲線具有相同的變化趨勢，但在相同時(shí)間段內(nèi)，吸附量隨溫度的升高而降低，隨濃度的增加而明顯增大，表明升溫不利于吸附的進(jìn)行，且在不同溫度(298K、308K、318K和328K)下La/Fe/FA吸附劑對四種活性染料的動(dòng)力學(xué)吸附過程可以用擬二級吸附速率方程進(jìn)行很好地描述(R2＞0.999)，吸附主要受顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制，獲得了一些重要的吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)如平衡吸附量、吸附速率常數(shù)和擴(kuò)散速率常數(shù)等，同時(shí)得到了La/Fe/FA吸附劑對四

7、種活性染料的吸附活化能Ea分別為4.296、14.784、8.111和6.371kJ/mol，說明該過程主要通過物理吸附來完成。
　　(4)等溫吸附研究表明:在不同溫度(298K、308K、318K和328K)下La/Fe/FA吸附劑對RTBKN-G、RBRKD-8B、RBBKN-R和RBRX-3B四種活性染料的等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合Langmuir等溫吸附模型(R2＞0.99)，并由此獲得了該吸附劑對四種活性染料在不同溫度(29

8、8K～328K)下的飽和吸附量分別在44.84～36.36mg/g、129.87～114.94mg/g、90.91～75.19mg/g和43.29～29.24mg/g之間，吸附系數(shù)b值均隨溫度升高而減小，吸附量也均相應(yīng)減小，說明吸附過程是放熱過程;同時(shí)吸附過程也較好地服從Freundlich等溫吸附模型(R2＞0.93)，且由此所得的1/n值和平衡常數(shù)RL的數(shù)值均表明該吸附均易于進(jìn)行。
　　吸附熱力學(xué)研究表明:通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算所得L

9、a/Fe/FA吸附劑在不同溫度(298K～328K)下對RBRKD-8B、RBBKN-R和RBRX-3B三種活性染料的熱力學(xué)常數(shù)△G分別在-29.14～-29.78kJ/mol、-23.17～-25.14kJ/mol和-20.34～-21.84kJ/mol之間，△H分別為-22.82、-3.35和-5.51kJ/mol，△S分別為0.0212、0.0665和0.0499J/mol/K，表明該吸附劑對三種活性染料的吸附過程是自發(fā)進(jìn)行的放熱

10、過程，且有序性降低，吸附過程以物理吸附為主，同時(shí)也伴有化學(xué)吸附的共同作用。
　　(5)重金屬浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，La/Fe/FA吸附劑中的Cd2+、Cu2+、Zn2+等7種重金屬離子在pH值分別為2.64、7.0和9.0時(shí)的浸出值均低于國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)，由此表明該吸附劑用于處理活性染料廢水安全可行。
　　(6)通過對La/Fe/FA吸附劑進(jìn)行成分分析、表面結(jié)構(gòu)分析、XRD、SEM、FT-IR及表