油茶果殼的改性及其對水中染料和重金屬吸附特性的研究.pdf

1、近年來,我國經(jīng)濟發(fā)展迅速,隨之而來的工業(yè)廢水的排放量也迅猛增加,水體污染日益嚴(yán)重,水污染問題已成為21世紀(jì)影響人類生存與發(fā)展的重大問題。利用農(nóng)林廢棄生物質(zhì)去除污染物廢水,是一種經(jīng)濟、高效、環(huán)保的水處理技術(shù),已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。油茶果殼(COS)是油茶榨油后的副產(chǎn)物,一般占整個茶果質(zhì)量的60％,榨油后一般會被丟棄或作為燃料,資源化利用率非常低。COS的組成成分復(fù)雜,含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和單寧(多酚)類物質(zhì),可以作為生物吸附劑去

2、處理廢水。由于COS自身處理廢水的性能不是很好,因此,本文通過不同的改性方法以提高COS對污染物的吸附能力。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.研究了COS對結(jié)晶紫的吸附特性,考察了COS用量、溶液pH值、結(jié)晶紫初始濃度及吸附時間對COS吸附性能的影響。結(jié)果表明:在COS用量為0.30 g、結(jié)晶紫初始濃度為50 mg·L–1、pH=8.00溶液條件下,T=288 K振蕩吸附3 h達(dá)到吸附平衡,平衡狀態(tài)下COS對結(jié)晶紫的去除率達(dá)到98.01

3、%。用擬一級動力學(xué)模型、擬二級動力學(xué)模型和內(nèi)擴散模型分別對動力學(xué)數(shù)據(jù)進行擬合,結(jié)果發(fā)現(xiàn)COS吸附結(jié)晶紫的動力學(xué)數(shù)據(jù)符合擬二級動力學(xué)模型,結(jié)晶紫初始濃度為40 mg·L–1時,速率常數(shù)和相關(guān)性系數(shù)分別為0.0436 L·mg–1min–1和0.9999。吸附等溫線符合Langmuir吸附等溫式,隨溫度在一定范圍內(nèi)升高,最大吸附量增大,且相關(guān)性系數(shù)均高于0.99,當(dāng)T=293 K時COS對結(jié)晶紫的最大吸附量為26.932 mg·g–1。熱力

4、學(xué)計算結(jié)果表明該吸附過程是一個伴有物理吸附的吸熱過程,可自發(fā)進行。此外,再生實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)油茶果殼再生7次后,對結(jié)晶紫的去除率仍為95%以上。
　　2.以檸檬酸為改性劑,通過固相酯化法制備了一種具有羧基的檸檬酸改性油茶果殼吸附劑(CA-COS),研究了CA-COS對結(jié)晶紫的吸附性能。討論了CA-COS用量、結(jié)晶紫初始濃度、溶液pH值、溫度、吸附時間、溶液離子強度等因素對溶液中結(jié)晶紫去除率的影響。結(jié)果表明,隨著吸附劑用量的增加,其對結(jié)

5、晶紫的去除率逐漸增大,在CA-COS加入量大于0.20 g時,對結(jié)晶紫的去除率增加幅度很小。CA-COS對結(jié)晶紫的去除率隨溶液初始濃度的增加而降低。相同濃度的CaCl2溶液比NaCl溶液對CA-COS吸附結(jié)晶紫的影響大,但是,當(dāng)溶液中鈣離子濃度為0.2 mol·L–1時,CA-COS對結(jié)晶紫的去除率仍然在95%左右。當(dāng)CA-COS的用量0.20 g,初始結(jié)晶紫濃度150 mg·L–1,pH值為7.00,在T=303 K條件下吸附5 h達(dá)

6、平衡后,CA-COS對結(jié)晶紫的去除率為98.94%。吸附動力學(xué)研究表明,CA-COS對不同濃度的結(jié)晶紫的吸附過程皆符合擬二級動力學(xué)模型。結(jié)晶紫在CA-COS上吸附等溫線數(shù)據(jù)比較符合Langmuir模型,在T=308 K時,對結(jié)晶紫的最大吸附量為120.482 mg·g–1。熱力學(xué)計算結(jié)果表明該吸附過程是一個自發(fā)、吸熱的過程。此外,再生實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)CA-COS再生6次后,對結(jié)晶紫的去除率仍為98%以上。研究結(jié)果表明,CA-COS是良好的結(jié)

7、晶紫吸附劑。
　　3.選用檸檬酸改性油茶果殼(CA-COS)為吸附劑,用于去除水溶液中的重金屬鉛離子。研究了不同實驗參數(shù),如吸附劑的投加量、溶液pH值、鉛離子濃度、溫度、吸附時間、NaCl濃度。研究結(jié)果表明,去除Pb2+的最佳pH值范圍是4.5~5.5。在NaCl濃度為0~0.20 mol·L–1時, CA-COS對Pb2+的去除率由88.34%降低至66.13%。CA-COS對Pb2+的去除率隨著溫度的升高而增加。CA-COS吸

8、附Pb2+是一個快速吸附過程,吸附30 min基本達(dá)到吸附平衡,擬二級動力學(xué)模型可以很好的描述CA-COS吸附Pb2+的動力學(xué)實驗數(shù)據(jù),相關(guān)系數(shù)R2均為1.000。CA-COS對Pb2+的吸附符合Langmuir等溫模型,溫度T=293 K、303 K、313 K條件下,對Pb2+的最大吸附量分別為45.167、48.239、49.652 mg·g–1。熱力學(xué)計算結(jié)果表明該吸附過程是一個吸熱過程,可自發(fā)進行,且溫度越高自發(fā)進行的程度越大

9、。再生實驗結(jié)果表明CA-COS至少可以重復(fù)使用7次。
　　4.研究了十六烷基三甲基溴化銨改性油茶果殼(CTAB-COS)對溶液中甲基橙的吸附性能和機理?？疾炝硕喾N實驗因素對吸附的影響,如吸附劑的投加量、溶液pH值、甲基橙溶液的濃度、溫度、吸附時間、溶液離子強度。結(jié)果表明,甲基橙在CTAB-COS表面的去除率隨體系離子強度的增加而顯著減小,說明甲基橙的吸附是以靜電吸附為主的。CTAB-COS對甲基橙的去除率隨溶液pH值的升高而降低。

10、研究發(fā)現(xiàn),COS經(jīng)CTAB改性后,其表面Zeta電位由負(fù)變正,說明表面活性劑在COS表面的吸附使COS表面的電荷性質(zhì)發(fā)生了改變,這也是CTAB-COS對甲基橙發(fā)生靜電吸附的主要原因。在CTAB-COS加入量為0.40 g,甲基橙的初始濃度為50 mg·L–1,溶液pH為3.00,溫度為288 K,振蕩吸附5 h達(dá)到吸附平衡, CTAB-COS對甲基橙的去除率為96.66%。擬二級動力學(xué)模型可以很好地描述CTAB-COS吸附甲基橙的動力學(xué)