吸附-介電泳法去除水中重金屬離子.pdf

1、本研究將吸附法與介電泳方法結(jié)合，建立了一種去除水中的重金屬離子的綠色新方法，去除率高且不產(chǎn)生二次污染。
　　 本研究首先通過實(shí)驗(yàn)從天然地質(zhì)材料中篩選出最佳吸附劑，并系統(tǒng)地研究了其吸附機(jī)理;其次，在自行設(shè)計(jì)的介電泳處理裝置中運(yùn)用吸附/介電泳方法去除重金屬離子，考察了各個(gè)物理因素的改變對(duì)其去除率的影響;最后，通過掃描電鏡SEM和EDS能譜分析對(duì)不同狀態(tài)的吸附劑微粒進(jìn)行表征，探索了吸附和介電泳機(jī)理。獲得如下結(jié)論:
　　 一，研

2、究了平均粒徑為6μm的空心微球、平均粒徑為10μm的空心微球和皂土對(duì)Cd2+的吸附行為，最終篩選出皂土作為吸附劑。主要結(jié)論如下:
　　 (1)吸附熱力學(xué)研究表明，平均粒徑為10μm的空心微球和皂土對(duì)Cd2+的吸附均介于單分子層和多分子層吸附之間，吸附均可自發(fā)進(jìn)行，吸附過程為吸熱過程。
　　 (2)吸附動(dòng)力學(xué)研究表明，平均粒徑為6μm的空心微球與平均粒徑為10μm的空心微球?qū)d2+的吸附過程不同，前者主要受擴(kuò)散作用的影響

3、，后者則以化學(xué)控速為主。
　　 (3)通過計(jì)算吸附率和理論最大吸附量，得出三種吸附劑吸附能力大小為皂土＞平均粒徑為10μm的空心微球＞平均粒徑為6μm的空心微球，故選擇皂土進(jìn)行吸附/介電泳研究。
　　 二.在介電泳處理裝置中，考察了皂土吸附Cd2+、Pb2+后，各物理因素對(duì)Cd2+、Pb2+各自去除率的影響，并通過掃描電鏡SEM和EDS能譜分析對(duì)不同狀態(tài)的皂土微粒進(jìn)行表征和成分分析。主要結(jié)論如下:
　　 (1)電

4、壓的影響。隨著電壓增大，Cd2+去除率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。確定最佳電壓為20V; Pb2+的去除率呈先減小，后增大，繼而又減小的趨勢(shì)，確定最佳電壓為18V。
　　 (2)流量的影響。Cd2+、Pb2+的去除率均隨流量減小而增大，最佳電壓下，確定兩種離子的最佳流量均為0.0926ml/s。最佳電壓和流量條件下，Pb2+在水中的剩余濃度為0.039mg/L，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　 (3)皂土投加量的影響。皂土對(duì)兩種離子

5、的吸附均隨著投加量的增加而達(dá)到吸附飽和。皂土初始投加量越大，吸附/介電泳去除后Cd2+的去除率越高，最佳電壓和流量下，確定Cd2+投加量為1.4g/L;但吸附/介電泳后Pb2+的去除率卻逐漸減小，最佳電壓和流量下，確定Pb2+最佳投加量為0.5g/L。
　　 (4)介電級(jí)數(shù)的影響。級(jí)數(shù)越高，兩種離子的去除率均越高，去除率由大到小為三級(jí)＞二級(jí)＞一級(jí)。以Cd2+為例，在最佳電壓和流量下，級(jí)數(shù)為三級(jí)時(shí)，Cd2+去除率達(dá)到99.97％，

6、剩余濃度為0.065mg/L，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　 (5)去除機(jī)理的探索。通過對(duì)介電泳前后皂土微粒進(jìn)行SEM表征和EDS分析，發(fā)現(xiàn)吸附了Cd2+皂土微粒經(jīng)過介電泳捕獲后，表面形態(tài)發(fā)生較大變化，由卷邊片狀結(jié)構(gòu)變成了球狀簇?fù)恚阶冃?，且介電泳后皂土表面含鎘量高于單純吸附的皂土表面含鎘量，經(jīng)檢測(cè)去除率提高了約70個(gè)百分點(diǎn);吸附/介電泳去除Pb2+后皂土的由卷邊片狀結(jié)構(gòu)變?yōu)榧?xì)小的片狀結(jié)構(gòu)，且粒徑變小。介電泳后皂土表面含鉛量高于單純

7、吸附的皂土表面含鉛量，經(jīng)檢測(cè)去除率比單純吸附的去除率提高了約50個(gè)百分點(diǎn)。
　　 三，在介電泳處理裝置中，考察了皂土吸附Cd2+、Pb2+混合液后，各物理量的改變對(duì)兩種離子去除率的影響，結(jié)合掃描電鏡SEM和EDS對(duì)不同狀態(tài)皂土的表征分析，探索了皂土對(duì)混合離子和單一離子的吸附/介電泳機(jī)制。主要結(jié)論如下:
　　 (1)混合離子的吸附率隨皂土投加量的增加達(dá)到吸附飽和，但同樣條件下，皂土對(duì)Pb2+的吸附選擇性大于Cd2+，二者存

8、在競(jìng)爭(zhēng)吸附。
　　 (2)在二級(jí)介電泳裝置中，確定兩級(jí)去除混合離子的最佳電壓均為20V;
　　 (3)介電級(jí)數(shù)越高，混合離子的去除率越高。去除率由大到小為三級(jí)＞二級(jí)＞一級(jí)。三級(jí)介電泳裝置，最佳電壓下，確定流量為0.0926ml/s，該條件下去除率分別為:Cd2+:99.85％，Pb2+:99.99％。
　　 (4)對(duì)混合離子進(jìn)行吸附/介電泳處理后，皂土的表面形貌發(fā)生了較大變化，粒徑變小，且表現(xiàn)為處理單一離子的綜合