论文部分内容阅读
固体矿物废料蛋白石粉(Opal)是一种天然的介孔二氧化硅材料,本课题以蛋白石粉为吸附剂材料,对染料(Crystal Violet, CV)废水—重金属废水进行了次序吸附性能研究,探究染料固废污泥的资源化设计应用,即蛋白石先对染料废水进行脱色处理,吸附染料后的蛋白石污泥再经过表面固碳热处理,以改变其表面基团性质后再用来从水溶液中回收富集重金属,制备出一种新型碳-硅连续吸附剂材料。主要通过扫描电子显微镜和能谱(SEM/EDX)、BET, X射线衍射图谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)零电荷(pHpzc)等手段对吸附剂材料的比表面积和孔径分布、晶体结构、形貌形态、表面性质等进行了表征。实验结果表明：(1)蛋白石在300、400、500、700℃进行热处理后,蛋白石pHpzc值从6.6增加到7.4,红外图显示硅羟基吸收峰峰强逐渐减弱,同时蛋白石对CV的吸附性能渐弱,表明蛋白石表面富含的硅醇功能基团在CV染料的吸附过程中起重要的作用。(2)蛋白石对CV吸附性能的影响主要从溶液pH、吸附剂功能基团、初始浓度、吸附剂投加量、接触时间、温度等方面进行考察;同时采用外部传质、粒内扩散、准级和准二级动力学模型和Langmuir、Freundlich、D-R等温模型对实验数据进行了拟合；另外结合热处理前后pHpzc图和吸附前后红外谱图对吸附机理进行了分析。吸附性能实验表明：优化条件下,结晶紫获得最大吸附量101.13mg/g,等温吸附数据符合Freundlich模型；动力学数据符合准二级动力学模型,粒内扩散不是唯一的速率控制因素,蛋白石对结晶紫的吸附是扩散与化学反应联合控制的过程。吸附反应的平均自由能(<8kJ/mol)和活化能(Ea)为13.85kJ/mol和热力学参数(△GΘ,△HΘ和△SΘ)计算值说明蛋白石对结晶紫的吸附反应是一个吸热、自发、熵增的物理过程。(3)新型碳-硅连续吸附剂(O-CV-250)不仅表现出对重金属Pb(Ⅱ)的选择吸附行性,对Ni(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)几乎没有吸附,而且相比于蛋白石原样,其对Pb(Ⅱ)的吸附性能有提升,最大吸附量从14.86mg/g增加至20.92mg/g。O-CV-250对Pb(Ⅱ)的吸附动力学表明,在各个初始浓度,粒内扩散不是唯一的速率控制步骤,吸附符合准二级动力学模型,说明吸附过程由扩散和化学反应联合控制,而目随初始浓度增大,吸附量增加,吸附速率加快,达到吸附平衡的时间越短。O-CV-250的吸附再生结果表明,吸附剂在五次循环再生后对Pb(Ⅱ)离子的去除率仍达到70%以上,说明本吸附剂可重复使用。(4)本课题提出了一种新型碳-硅连续吸附剂的制备方法,不仅避免了染料固废污泥对环境造成的二次污染,实践了“以废治废”的绿色资源化应用理念,而且该连续吸附剂可以选择性回收富集重金属Pb(Ⅱ),吸附剂可以再生回用。