蛭石--水溶液混合離子體系中鋅、鎘離子的吸附特性與機理研究.pdf

1、隨著工業(yè)化進程的加快,大量的重金屬廢水被直接排入到江河湖泊造成水體重金屬含量急劇升高,導致我國各大水系受到了不同程度的重金屬污染,水體重金屬污染不僅加劇了可用水資源的短缺,而且也直接影響到飲水安全、糧食生產和農作物安全,最終危害人類健康。采用人工濕地處理含重金屬離子廢水是一種新興工藝,其低能耗、低運行成本的優(yōu)點吸引著眾多研究者的關注。然而,與傳統處理方法相比,人工濕地的缺點是處理能力及效率較低、占地面積較大、抗有機、重金屬污染負荷與水力

2、負荷能力有限并受季節(jié)氣候的影響。在人工濕地中引入一個吸附單元添加具有高效吸附性能的填料是解決上述問題的有效方法之一。
　　 經典吸附方程都將等溫條件下平衡吸附密度qe表達為平衡液相離子濃度Ce的一元函數,大量的實驗結果證明經典等溫曲線存在明顯的吸附劑濃度效應(隨著吸附劑濃度增大,傳統意義上的吸附等溫線下降的現象),前人認為吸附劑濃度效應是溶液離子強度和pH值引起的,為了消除吸附劑對離子吸附的影響,往往采取引入緩沖溶液來控制系統的

3、pH值和離子強度的辦法；而后人則認為離子吸附反應的方向與速率取決于系統中離子量與吸附劑量的相對水平,產生吸附劑濃度效應的根本因為是由于液/固相離子吸附體系中的強度因子不是qe和Ce而是固相qe和液相的Ce/Wo,因此,在做qe-Ce曲線圖中必然存在吸附劑濃度效應。依據吸附系統中四個必要吸附組成成分(液相離子Ce、固相離子Qe、未被占據的吸附點Wu、被離子占據的吸附點Wc)提出了一個新的平衡離子吸附密度預測方程,但此方程基于單一離子吸附系

4、統提出,其是否可用于混合離子體系有待于進一步的研究。因此,研究吸附劑濃度效應產生的真正因為、驗證新的吸附定量模型在混合離子體系中的應用對于改進和完善液/固吸附理論具有重要意義。
　　 針對上述問題,本研究選用蒸餾水反復洗滌后烘干的蛭石作為吸附劑和蒸餾水作為溶劑,在起始濃度0.2mmol/L-2.0mmol/L和吸附劑濃度50-150g/L范圍內,布置了一系列蛭石--水溶液混合離子體系和蛭石--緩沖溶液體系中對鋅、鎘、氨等的吸附試

5、驗以研究其吸附特征和吸附機理。主要研究結果如下:
　　 (1)天然蛭石具有儲量豐富、價格低廉、吸附容量大、對環(huán)境無毒無害且容易再生等優(yōu)點,能迅速、有效地去除水溶液中的Zn2+、Cd2+、NH4+,適合作為人工濕地的填料；蛭石--水溶液體系中離子吸附的主要機制為交換性吸附；由于存在吸附點競爭效應,共存陽離子能抑制Zn2+、Cd2+的吸附。
　　 (2)緩沖實驗結果表明:離子強度和pH值不是產生Wo應的根本因為,緩沖溶液的引

6、入不僅沒有消除吸附劑濃度,還增大了實驗誤差；緩沖系統存在著強烈的離子吸附競爭,大量其它陽離子的存在極大地抑制了Zn2+、Cd2+的吸附,致使緩沖系統的吸附量遠遠低于非緩沖系統。
　　 (3)在混合離子體系中,重復測試證實平衡離子吸附密度qe與Co/Wo(起始點液相離子濃度Co與吸附劑濃度Wo的比值)與Ce/Wo(平衡液相離子濃度Ce與Wo的比值)三者之間仍具有一一對應關系,觀察到的現象再次表明液/固相混合離子吸附體系中的強度因子

7、也不是qe和Ce而是固相的qe和液相Ce/Wo。
　　 (4)在單一離子吸附系統中基于四組分模型推導出的平衡吸附預測模型:
　　 qe={Co+qm-[(co+qm)2-4coqm(1-k)]1/2}/[2(1-k)]co=Co/Wo可進一步用來預測液/固混合離子體系的平衡吸附密度qe,qe-co方程對混合離子體系的平衡吸附密度qe的預測證明:在混合離子系統中所有離子的吸附競爭能力遵循等當量濃度定律,即系統吸附的總當量為