生物聚合物載鐵吸附劑強(qiáng)化去除水中微量銻的研究.pdf

1、中國(guó)是一個(gè)產(chǎn)銻大國(guó)，因此銻污染的問(wèn)題日益嚴(yán)重，銻污染的治理越來(lái)越受到各界的廣泛關(guān)注。常規(guī)的水處理方法對(duì)于治理高濃度的含銻廢水效果較好，能夠快速降低銻污染的濃度。但隨著對(duì)銻污染的認(rèn)識(shí)及其排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，常規(guī)方法已發(fā)現(xiàn)難以滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)，造成對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境污染的具體潛在威脅。當(dāng)務(wù)之急，亟需開(kāi)發(fā)一種能夠有效處理微量含銻廢水的方法。本研究采用課題組研發(fā)的生物聚合物載鐵吸附劑(CS/CA-Fe)，處理水中不同形態(tài)的銻，研究其吸附性能與機(jī)理;同

2、時(shí)，研究水中金屬陽(yáng)離子引起的吸附劑表面特性及其對(duì)水中銻的吸附性能的影響;詳細(xì)地探討了金屬陽(yáng)離子強(qiáng)化吸附除銻的機(jī)理。在靜態(tài)吸附條件的基礎(chǔ)上，將吸附劑填充于吸附柱中，模擬含銻廢水，對(duì)動(dòng)態(tài)吸附柱的條件參數(shù)也進(jìn)行了考察。
　　本課題首先對(duì)比研究了CS/CA-Fe對(duì)水中兩種價(jià)態(tài)的無(wú)機(jī)銻，Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附行為，包括溶液pH和競(jìng)爭(zhēng)離子對(duì)吸附行為的影響，吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)，以及吸附劑的再生性能。結(jié)果表明，隨著溶液pH值的逐漸升高，Sb

3、(Ⅴ)去除效果逐漸降低，pH為4時(shí)吸附效果較好;但Sb(Ⅲ)的去除效率受pH的影響較小。不同價(jià)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)離子的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著競(jìng)爭(zhēng)離子價(jià)態(tài)以及強(qiáng)度的提高，CS/CA-Fe對(duì)Sb(Ⅴ)的吸附效果會(huì)逐漸減弱，但是對(duì)Sb(Ⅲ)吸附效果不會(huì)因競(jìng)爭(zhēng)離子的存在而產(chǎn)生影響。再生實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，1M NaOH溶液對(duì)吸附Sb(Ⅴ)后的CS/CA-Fe再生效果較好，而乙二胺四乙酸二鈉對(duì)吸附Sb(Ⅲ)后的CS/CA-Fe的再生效果較好，由于存在鐵氧化物脫落的情

4、況，因此選擇與其再生效果相接近的1M NaOH溶液進(jìn)行再生，對(duì)吸附Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)后的CS/CA-Fe再生率分別達(dá)到了54％和95％。對(duì)CS/CA-Fe吸附兩種價(jià)態(tài)銻的動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合結(jié)果更好。進(jìn)一步的顆粒內(nèi)擴(kuò)散以及Elovich模型的擬合，說(shuō)明整個(gè)吸附過(guò)程包括外部擴(kuò)散、界層擴(kuò)散和孔內(nèi)擴(kuò)散三個(gè)傳質(zhì)過(guò)程。pH4時(shí)，由于存在氧化作用，Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附速率主要受外部擴(kuò)散的影響;pH7.5時(shí)，Sb(Ⅴ)

5、的吸附速率主要受孔內(nèi)擴(kuò)散的影響，吸附速率減慢，而在此條件下，Sb(Ⅲ)的吸附不受pH的影響，吸附速率仍然與外部擴(kuò)散有關(guān)。用Langmuir和Freundlish模型皆能很好地?cái)M合兩種形態(tài)銻的吸附等溫線，但Langmuir模型的回歸系數(shù)低于Freundlich模型，說(shuō)明二者的吸附過(guò)程更符合Freundlich模型，在pH4，298K時(shí)，CS/CA-Fe的最大吸附容量分別為42.48mg/g和43.73mg/g。通過(guò)對(duì)兩種形態(tài)銻的吸附特性對(duì)

6、比分析可以看出，CS/CA-Fe對(duì)Sb(Ⅴ)存在靜電引力以及絡(luò)合作用;對(duì)Sb(Ⅲ)主要存在絡(luò)合作用以及氧化作用。
　　從課題組前期的研究知道，CS/CA-Fe對(duì)銻的吸附去除包括靜電吸附和化學(xué)吸附兩部分作用。為進(jìn)一步探討靜電作用對(duì)其吸附性能的強(qiáng)化作用，本研究考察了不同金屬陽(yáng)離子對(duì)CS/CA-Fe的表面特性以及吸附除Sb(Ⅴ)性能的影響，特別對(duì)Cu2+參與的吸附除銻體系進(jìn)行了詳細(xì)研究。結(jié)果表明，不同的金屬陽(yáng)離子引入，提高了CS/CA-

7、Fe的表面電位，并且強(qiáng)化了對(duì)水中微量銻的吸附，其中Cu2+的強(qiáng)化作用最明顯。因此選擇了Cu2+進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。研究的結(jié)果表明，當(dāng)溶液中同時(shí)存在Cu2+和Sb(Ⅴ)的情況，并且溶液中的Sb(Ⅴ)與Cu2+均處為較低濃度，Cu2+的存在會(huì)抑制溶液pH的升高，增強(qiáng)CS/CA-Fe對(duì)Sb(Ⅴ)的富集作用，提高CS/CA-Fe對(duì)微量Sb(Ⅴ)的吸附容量，同時(shí)Cu2+吸附于CS/CA-Fe的表面位點(diǎn)，增加了CS/CA-Fe總的吸附容量，即Qsb

8、+cu＞Qsb+Qcu。通過(guò)XPS分峰結(jié)果得知，溶液中的Cu2+迅速地被吸附至CS/CA-Fe表面，并且同時(shí)與胺基形成配位鍵，提高了CS/CA-Fe的表面電位，強(qiáng)化了對(duì)微量Sb(Ⅴ)的吸附能力。
　　綜上所述，CS/CA-Fe對(duì)水中微量銻的吸附作用較大。在酸性條件下，CS/CA-Fe對(duì)水中微量Sb(Ⅴ)存在富集作用以及吸附作用，CS/CA-Fe中的鐵氧化物對(duì)Sb(Ⅴ)及Sb(Ⅲ)存在絡(luò)合作用，并且能將Sb(Ⅲ)氧化為Sb(Ⅴ)。當(dāng)