改性炭基吸附劑去除水中重金屬和染料的研究.pdf

1、有毒物質(zhì)（如重金屬和染料）的大量排放導致環(huán)境污染問題日趨嚴重。本文選用炭基吸附劑對水中的重金屬和染料污染物進行吸附去除，針對其表面官能團有限、對重金屬等污染物吸附容量較低等缺陷，對生物炭和炭纖維進行表面化學修飾，以改善其對重金屬污染物的去除性能。同時制備了光催化劑改性的活性碳纖維，以期通過吸附—光催化降解方式提高炭纖維對有機染料羅丹明的去除效果。修飾前后的材料通過傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FTIR)、掃描電鏡(SEM)和X射線光電子能譜(XP

2、S)等方法進行表征。主要研究內(nèi)容和結果如下:
　　一、使用聚乙烯亞胺(PEI)對生物炭進行表面化學修飾，使其表面接枝大量氨基，進而提高該吸附劑對重金屬Cr(Ⅵ)的吸附去除。實驗考察了pH值、接觸時間、初始Cr(Ⅵ)濃度等對其吸附性能的影響，并探究了Cr(Ⅵ)與PEI修飾的生物炭相互作用機理。結果表明，Cr(Ⅵ)吸附過程符合擬二級動力學模型和Langmuir吸附模型。改性后吸附劑對Cr(Ⅵ)的吸附能力顯著提高，在pH值為6.8時，P

3、EI-alkali-biochars對Cr(Ⅵ)的最大吸附容量為435.7 mg/g，遠高于初始生物炭的23.09 mg/g。同時，PEI修飾后的生物炭對Cr(Ⅵ)的吸附能力受溶液pH的影響，較低的pH更有利于Cr(Ⅵ)的吸附。該吸附劑用1M鹽酸再生時，在吸附解吸實驗6個周期內(nèi)性能無明顯降低，體現(xiàn)了很好的穩(wěn)定性。因此，改性后的生物炭對重金屬Cr(Ⅵ)具有良好的吸附性能，同時表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。
　　二、采用PEI修飾聚乙烯醇(PV

4、A)基活性碳纖維，并對水中Cr(Ⅵ)進行吸附去除。實驗結果表明，該吸附符合Langmuir模型，PEI-ACF對Cr(Ⅵ)的最大吸附容量為85.05 mg/g。同時，利用此吸附劑，對含有Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+的復合重金屬污染物進行吸附動力學實驗、吸附-解吸附連續(xù)周期實驗。實驗結果表明，雖然重金屬吸附總量和Cr(Ⅵ)相比沒有明顯變化，但其總的吸附平衡時間卻從1.5小時增加至約6個小時。并且，PEI-ACF對這幾種重金屬的吸

5、附優(yōu)先級為Pb(Ⅱ)＞Cu(Ⅱ)＞Zn(Ⅱ)＞Cd(Ⅱ)，對Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附過程符合擬二級(pseudo-second-order)動力學模型。在三個連續(xù)周期的吸附解吸附試驗中，第二個周期時，整個混合金屬的去除率已經(jīng)達不到20％，第三個周期時，吸附率繼續(xù)下降至15％。究其原因，可能是因為這四種金屬和Cr(Ⅵ)吸附在PEI-ACF表面的主要作用機理不同。HCl對于這四種帶有正電荷的金屬離子來講不是理想的解吸劑，反而

6、會使吸附劑表面帶有過多的正電荷，使得減少PEI-ACF上官能團對金屬離子的電荷吸引，從而減少了吸附活性位點。
　　三、分別用光催化劑TiO2和Ga2O3修飾自制的PVA基活性碳纖維，制備了TiO2/ACF和Ga2O3/ACF，用來吸附—光降解染料污染物羅丹明。實驗結果表明，TiO2和Ga2O3都不同程度地負載在ACF表面，使其表面形貌和元素組成發(fā)生了變化。通過動力學分析可知Ga2O3/ACF的吸附速率較快（約2個小時），而TiO2