核桃壳与花生壳对模拟废水中Cr(Ⅵ)的吸附特性研究

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选用农林废弃物核桃壳和花生壳作为吸附剂吸附处理模拟废水中的Cr(Ⅵ),采用静态和动态吸附实验,研究其对Cr(Ⅵ)的吸附特性。静态吸附试验表明:(1)核桃壳静态吸附处理50mL浓度为20mg·L-1的Cr(Ⅵ)模拟水样,当温度为25℃,采用粒径为1.0-1.6mm新疆核桃壳1.0g、介质pH值为1.0、转速为200r/min、吸附时间为180min时,Cr(Ⅵ)的去除率可以达到98.68%。吸附后的水中Cr(Ⅵ)浓度为0.184mg·L-1,满足《污水综合排放标准》GB8978-1996一类污染物标准。(2)花生壳静态吸附处理50mL浓度为20mg·L-1的Cr(Ⅵ)模拟水样,当温度为25℃,采用粒径为1.6-2.5mm广东花生壳1.0g、介质pH值为1.0、转速为200r/min、吸附时间为180min时,Cr(Ⅵ)的去除率可以达到99.08%。吸附后的水中Cr(Ⅵ)浓度为0.144mg·L-1,满足《污水综合排放标准》GB8978-1996一类污染物标准。(3)随着体系温度的升高,核桃壳和花生壳对Cr(Ⅵ)的吸附量增加,它们的吸附等温曲线均为I型,并且Freundlich等温吸附方程比Langmuir等温吸附方程能更好地拟合吸附过程。(4)核桃壳和花生壳重复利用了10次以后其对Cr(Ⅵ)的去除率仍然分别保持在86%和90%以上,且再生后的核桃壳和花生壳吸附能力几乎都没有降低,至少可以循环使用6次。(5)通过核桃壳和花生壳对Cr(Ⅵ)的吸附动力学研究可知:拟二阶动力学方程拟合的相关系数R2为0.9993,均高于拟一阶动力学方程和叶洛维奇动力学方程的相关系数。动态吸附试验表明:(1)处理浓度为20mg·L-1的Cr(Ⅵ)模拟水样,当室温条件下,采用粒径为1.0-1.6mm的新疆核桃壳5.0g、介质pH值为1.0,流速为3.0mL·min-1时,Cr(Ⅵ)的去除率可以达到98.88%,吸附后的水中Cr(Ⅵ)浓度为0.224mg/L,达到《污水综合排放标准》GB8978-1996一类污染物标准。核桃壳吸附穿透曲线在142min时达到吸附穿透点,810min时达到吸附衰竭点;Thomas模型能较好地反映其吸附过程特征,核桃壳饱和吸附容量q0=6.1mg/g,在60min之内完成了脱附,在9min左右时出现了脱附液中Cr(Ⅵ)浓度最高点。(2)处理浓度为20mg/L的模拟水样,当采用粒径为1.6-2.5mm的广东花生壳5.0g、介质pH值为1.0、流速为3.0mL·min-1时,Cr(Ⅵ)的去除率可以达到99.08%,吸附后的水中Cr(Ⅵ)浓度为0.184mg·L-1,达到《污水综合排放标准》GB8978-1996一类污染物标准。花生壳吸附穿透曲线,219min时达到吸附穿透点,1312min时达到吸附衰竭点,Thomas模型能较好地反映其吸附过程特征,花生壳饱和吸附容量q0=9.4mg/g,在90min之内完成了脱附,在10min左右时出现了脱附液中Cr(Ⅵ)浓度最高点。改性吸附试验表明:(1)核桃壳用浓度(ω)为50%的磷酸溶液浸渍24小时,搅拌后去除液体部分,在50℃下烘干,再升至200℃加热90min,然后用蒸馏水洗净去除游离的磷酸根离子,最后在50℃下烘干,这些条件制备的改性核桃壳的吸附效果最好。用改性后核桃壳吸附浓度为200mg·L-1的Cr(Ⅵ)废水时其去除率仍有95.60%,而未改性核桃壳则只有77.60%。(2)当花生壳/改性剂为1:5时,加入乙醇/ZnSO4为1:5的溶液(ZnSO4浓度为0.1mol/L),置于80℃的恒温水浴锅中加热4h后,所获得的改性花生壳的吸附效果最好。用改性后花生壳吸附浓度为200mg·L-1的Cr(Ⅵ)废水时其去除率仍有92.89%,而未改性花生壳则只有88%。相比而言,改性核桃壳比改性花生壳对Cr(Ⅵ)废水的吸附效果更好。本研究结合SEM和FTIR手段对核桃壳和花生壳进行了分析,核桃壳和花生壳对Cr(Ⅵ)的去除并不是单一的化学或者物理吸附,而是一个包含氧化还原反应、各种吸附的复杂过程。
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