炭氣凝膠及其改性材料對(duì)重金屬離子吸附的研究.pdf

1、重金屬離子對(duì)環(huán)境的污染和人類健康的危害已日趨嚴(yán)重。目前，吸附法是處理重金屬離子污染的重要方法。開發(fā)性能高效、價(jià)格低廉、環(huán)境友好型的吸附劑是科研工作者的當(dāng)務(wù)之急。作為一種新型納米多孔炭材料，炭氣凝膠具有孔隙率高、比表面積大、吸附性能強(qiáng)的特征，其作為吸附劑在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值已日益得到重視?；诖耍疚倪x擇新型炭氣凝膠為研究對(duì)象，系統(tǒng)進(jìn)行了其制備方法、結(jié)構(gòu)改性、吸附性能及吸附機(jī)理等相關(guān)研究，結(jié)果如下:
　　1.采用常壓干燥法合成炭

2、氣凝膠，該材料對(duì)重金屬離子Pb2+、Cu2+和Cd2+均有吸附作用，該新型炭氣凝膠對(duì)三種金屬離子吸附能力大小依次為:Pb2+＞ Cu2+＞ Cd2+。
　　以間苯二酚和甲醛為原料，丙二酸為催化劑，十六烷基三甲基溴化銨為分散劑，去離子水為溶劑，利用常壓干燥法制得新型吸附劑炭氣凝膠。優(yōu)化反應(yīng)條件能夠?qū)崿F(xiàn)炭氣凝膠的源頭可控性，滿足不同的應(yīng)用需求。單組分體系結(jié)果表明，其對(duì)三種重金屬離子吸附的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)均可用Langmuir模型擬合，吸附

3、能力大小依次為Pb2+＞Cu2+＞Cd2+，飽和吸附量分別為:285.35、260.42和137.36 mg/g。雙組分體系結(jié)果表明，炭氣凝膠對(duì)重金屬離子吸附具有顯著的選擇性。三種金屬離子競(jìng)爭(zhēng)能力大小順序是:Pb2+＞Cu2+＞ Cd2+，同單組分體系中順序一致。FTIR結(jié)果表明吸附過(guò)程中存在離子交換作用，羥基、羧基和酰胺基均能起到一定作用。
　　2.經(jīng)過(guò)硝酸改性所得的炭氣凝膠可以快速、有效和經(jīng)濟(jì)地去除水體中Cu2+。
　　

4、炭氣凝膠經(jīng)硝酸氧化改性后，微孔變化不大，比表面積減少，孔容和孔徑增大;表面含氧基團(tuán)增多。與未改性的炭氣凝膠相比，改性后材料對(duì)廢水中Cu2+的吸附能力明顯提高，達(dá)到299.41 mg/g。改性前后的炭氣凝膠對(duì)Cu2+的吸附量與溫度、離子初始濃度和pH值均呈正相關(guān)。改性前后兩種炭氣凝膠吸附劑對(duì)Cu2+的吸附均可以被準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合，說(shuō)明整個(gè)吸附過(guò)程主要受化學(xué)作用控制。采用Langmuir等溫方程式，能夠很好地?cái)M合出理論飽和吸附量，進(jìn)一步

5、說(shuō)明了吸附是單層吸附。計(jì)算得到Cu2+在改性后炭氣凝膠上的吸附活化能可達(dá)到15.62 kJ/mol，活化能較低，表明整個(gè)吸附過(guò)程存在化學(xué)吸附和物理吸附兩個(gè)過(guò)程。
　　3.乙二胺改性的炭氣凝膠可以快速、有效和經(jīng)濟(jì)地去除水溶液中的Pb2+。
　　乙二胺改性前后的炭氣凝膠對(duì)Pb2+的吸附量與pH值、溫度、接觸時(shí)間和離子初始濃度均呈正相關(guān);而與外加離子Na+的加入量以及溶液中的總離子強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)。Pb2+在改性后的炭氣凝膠上的動(dòng)力學(xué)

6、吸附數(shù)據(jù)遵從準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，說(shuō)明整個(gè)過(guò)程主要受化學(xué)反應(yīng)控制。改性后炭氣凝膠對(duì)Pb2+的吸附數(shù)據(jù)均能用Langmuir吸附等溫方程擬合，其最大吸附量為321.42 mg/g。
　　4.含鎳磁性凝膠炭材料Ni@Cs可以作為一種快速、有效且可從水體中分離的吸附劑，用以徹底去除水溶液中的重金屬離子。
　　采用固相合成法制得具有不同碳包覆量(Ni@C-1∶5、Ni@C-1∶10、Ni@C-1∶20)的三種吸附材料，該類材料同時(shí)具有高