膨化稻殼對重金屬離子的吸附與機理研究.pdf

1、本課題在國家“十一五”科技支撐計劃課題《礦冶重金屬廢水生物質(zhì)吸附材料的研制與應(yīng)用》(批準(zhǔn)號：2007BAB18B08)的資助下，以我國豐富農(nóng)林廢棄物天然稻殼(RRH)為原料，圍繞環(huán)境友好，從廢棄資源高效利用和減少化學(xué)污染的角度出發(fā)，利用天然稻殼簡單物理改性得到的膨化稻殼，系統(tǒng)研究了該材料對Cu2+、Pb2+、Ag+三種重金屬離子的一元，二元重金屬離子混合溶液的研究特性，并在相同實驗條件下，以天然稻殼、椰殼活性炭、硅藻土、皂土和離子交換樹

2、脂的吸附特性進行對比實驗。在此基礎(chǔ)上對膨化稻殼吸附重金屬離子的機理進行了探討。其結(jié)論如下所示：
　　 (1)膨化稻殼的紅外圖譜顯示，其表面含有胺基，-COOH比天然稻殼表面有更多的甲基和亞甲基裸露。比表面積比天然稻殼略低，但是孔體積由0.00780增大到0.0105 cm3/g。等電點由2.2增加到2.6，當(dāng)pH值大于等電點時材料表面帶負(fù)電荷。膨化稻殼的粉末電阻由天然稻殼的4.83 GΩ降低到577 MΩ。XRF顯示材料含有Si

3、O2含量約為21.8％，且XRD分析其SiO2為無定型游離態(tài)結(jié)構(gòu)。TG顯示膨化稻殼的分解溫度為294.39℃。SEM顯示膨化稻殼相比天然稻殼具有粗糙的表面，整體結(jié)構(gòu)蓬松。EDS對比分析結(jié)果顯示，SiO2主要是聚集在材料表面包狀結(jié)構(gòu)處。
　　 (2)在常溫下膨化稻殼對Cu2+重金屬離子的吸附模型更加符合Langmuir單分子層吸附，最大吸附量為11.8 mg/g。動力學(xué)分析結(jié)果均可以用準(zhǔn)一級和準(zhǔn)二級方程來描述，在90min達到平衡

4、且去除率為83％。膨化稻殼的最佳吸附pH值在4-6之間。熱力學(xué)研究結(jié)果為：膨化稻殼吸附重金屬離子Cu2+屬于放熱反應(yīng)過程，且為低溫下自發(fā)反應(yīng)過程。對于在常溫下吸附容量的考察表明，膨化稻殼的吸附容量優(yōu)于天然稻殼和所選硅藻土的吸附容量4.71mg/g和3.60mg/g。
　　 (3)在常溫下膨化稻殼對Ag+重金屬離子的吸附模型更加符合Langmuir單分子層吸附，最大吸附量為18.6 mg/g。且動力學(xué)實驗分析結(jié)果可符合準(zhǔn)二級程，反

5、應(yīng)到600 min時達到吸附平衡去除率為60.3％。膨化稻殼在重金屬Ag+溶液環(huán)境下，最佳吸附pH值在3-5之間。關(guān)于熱力學(xué)研究結(jié)果為：在低溫環(huán)境下，膨化稻殼吸附重金屬離子Ag+屬于低溫下自發(fā)反應(yīng)，為吸熱吸附反應(yīng)。常溫下吸附容量的考察表明，膨化稻殼的吸附容量明顯優(yōu)于天然稻殼、硅藻土和皂土的吸附容量3.69 mg/g、10.3 mg/g和17.0 mg/g。
　　 (4)常溫下膨化稻殼對Pb2+重金屬離子的吸附模型更加符合Lang

6、muir單分子層吸附，最大吸附量為40.2 mg/g。動力學(xué)結(jié)果符合準(zhǔn)二級方程，在260 min左右吸附平衡去除率為95.2％。膨化稻殼的最佳吸附值為pH=6。膨化稻殼吸附重金屬離子Pb2+屬于自發(fā)反應(yīng)過程，升高溫度不利于它的吸附反應(yīng)。對于在常溫下最大吸附容量的考察表明，膨化稻殼的吸附容量明顯優(yōu)于對比吸附材料天然稻殼、椰殼活性炭，硅藻土、皂土、離子交換樹脂，分別為11.2 mg/g、31.0 mg/g、23.4 mg/g、30.1 mg

7、/g和32.6 mg/g。
　　 (5)膨化稻殼對于二元混合體系Cu2+-Ag+，膨化稻殼吸附Cu2+和Ag+的最大吸附量為：11.7 mg/g和4.49 mg/g。Cu2+的吸附過程仍然符合Langmuir單分子層吸附模型。在Cu2+-Pb2+混合體系中：膨化稻殼對于Cu2+和Pb2+的最大吸附量分別為7.13 mg/g和10.6 mg/g。
　　 (6)D-R模型擬合的數(shù)據(jù)分析，單離子體系中膨化稻殼吸附重金屬離子Cu

8、2+、Ag+、Pb2+的吸附過程分別以離子交換、物理吸附、物理吸附占主導(dǎo)作用。對于Cu2+的吸附方式無論是單離子體系還是多離子體系，吸附過程基本上都符合離子交換吸附機理。Cu2+和Pb2+互相阻礙了吸附，導(dǎo)致兩種離子的吸附量都發(fā)生很大程度的減少。對于Pb2+的吸附方式由單離子體系的物理吸附轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子交換占主導(dǎo)作用的吸附機理。
　　 綜合各種實驗數(shù)據(jù)及理論分析表明，膨化稻殼對于重金屬離子的吸附具有良好的吸附效果和一定的選擇性，在重