二硫代氨基甲酸盐改性活性炭对重金属的吸附性能研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ling_Hun
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电子工业、矿冶及造纸工业的高速发展,使得重金属废水的排放量逐年增加,不仅严重破坏天然水体的生态平衡,并严重威胁到人类的健康。吸附法是治理水体重金属导致污染的有效方法之一。活性炭吸附因其原材料来源广、易于操作、吸附效率高和环保可再生等优点而被广泛应用于重金属污染治理。但传统活性炭因其疏水性强、易团聚、表面官能团种类和数量有限等缺点而导致其吸附速率较慢和吸附容量小,因此需要对其进行表面化学修饰,提高其对重金属的吸附能力。本文合成了二硫代氨基甲酸盐改性活性炭(DTC-AC),考察其对Pb2+、Cd2+和Cu2+三种典型重金属离子的吸附能力。(1)以活性炭为原料,用硝酸?四乙烯五胺和二硫化碳逐步对其进行表面化学修饰,合成了DTC-AC。通过N2吸附/解吸技术?扫描电镜(SEM)、元素分析(EA)和红外光谱(IR)等表面分析技术对合成的吸附剂的比表面积、孔径分布、微观形貌、元素组成和表面基团等理化性质进行了表征。(2)将改性活性炭(AC)作为吸附剂,并用做吸附剂去除水中的Pb2+、Cd2+和Cu2+。通过一系列吸附实验,研究不同吸附条件(pH、吸附剂添加量、温度、吸附时间、初始浓度)对DTC-AC吸附Pb2+?Cd2+和Cu2+性能的影响。通过研究动力学模型、等温吸附模型、热力学模型系统研究了DTC-AC对Pb2+?Cd2+和Cu2+的吸附过程。研究DTC-AC在三元重金属离子溶液的竞争吸附行为,及通过吸附解吸实验研究DTC-AC的再生性能。(3)DTC-AC的红外光谱出现DTC基团的典型特征峰N-C=S、C-N、C=S和C-S,表明二硫代氨基甲酸盐活性集团被成功接枝到活性炭表面。元素分析结果表明,DTC-AC中氮元素含量和硫元素含量分别为2.15%和1.77%,远高于原始活性炭。(4)研究结果表明,DTC-AC对Pb2+?Cd2+和Cu2+的吸附能力明显优于原始活性炭和硝酸氧化活性炭。确定了DTC-AC对Pb2+?Cd2+和Cu2+的最佳吸附条件:Pb2+?Cd2+和Cu2+的最佳pH值分别为5.0、6.0和5.0;最佳吸附剂添加量为0.4 g/L,吸附平衡时间为20 min。动力学研究结果表明DTC-AC对Pb2+?Cd2+和Cu2+的吸附过程都可以用伪一级动力学模型和伪二级动力学模型来描述。比较Langmuir吸附等温线、Freundlich吸附等温线和Temkin吸附等温线三种等温线,可以看出Langmuir吸附等温线更合适用来描述DTC-AC对Pb2+?Cd2+和Cu2+吸附过程。DTC-AC对Pb2+?Cd2+和Cu2+的最大吸附量分别为203.36、102.89和53.13 mg/g。热力学研究结果表明DTC-AC对Pb2+?Cd2+和Cu2+的吸附过程是一个自发的、固-液界面无序度增加的吸热过程。(5)在三元重金属离子溶液中,DTC-AC对Pb2+表现出比较高的吸附选择性。经过五次吸附解吸循环后,DTC-AC仍然具有较高的重金属离子吸附能力。与其他活性炭材料相比,DTC-AC具有较快的吸附速率、较高的吸附容量、较强的选择性和良好的再生性能。因此,DTC-AC对修复重金属离子污染水体具有巨大的应用潜力。
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