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六价铬由于其不可降解性、长期的累积性、蓄积性、强毒性等特点,其进入水土生态环境中难以被自然降解,而且随着食物链的延长会造成蓄积和生物放大现象,进而给周边环境造成严重的危害。工业生产过程,如电镀、制革、金属冶炼、采矿活动等产生的废水中含有大量的六价铬离子,六价铬属于重金属中毒性很强的污染物,也是国内外许多国家规定的优先控制污染物。近年来,开发廉价经济、高效可靠、操作简便的六价铬高效吸附材料成为研究的热点和焦点,研发廉价经济、高效处理的六价铬离子新型吸附材料成为目前环境工程研究的重点之一。其中,生物炭由于多孔隙、高比表面积、富含含氧官能团、较高的离子可交换性等特点,因而在废水六价铬等重金属污染物的去除方面具有明显的优势和广泛的实用前景。
为此,本文以枯枝落叶为原料,通过缺氧高温分解制备生物炭吸附剂,并利用制备的生物炭对六价铬进行了去除研究,探讨了吸附条件及吸附机理。使用枯枝落叶等生物质废弃物制备生物炭,并用来处理废水中六价铬离子,与六价铬废水的传统处理方法相比具有较低的成本,达到了以废治废的目的。本研究主要有如下研究结果:
(1)在缺氧环境下制备而成的枯枝落叶生物炭产率为30.8%,灰分含量为27.3%,pH为9.2,Ec为1.5ms/cm。傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果表明生物炭具有丰富-OH、C-O-C、C=O等含氧官能团和C=C、C-H芳香官能团,对废水中六价铬离子的去除将会起到重要的作用。
(2)枯枝落叶生物炭吸附六价铬离子可以48小时吸附达到平衡,在pH2.0~7.5范围内随着pH的增加,六价铬离子的吸附效果和去除效率明显减少,pH2.0时生物炭对六价铬的去除率最高,25-50m/L六价铬的去除率在99%以上。
(3)准二级动力学模型可以较好的描述生物炭对六价铬离子的吸附动力学过程,生物炭对六价铬的去除包括外部液膜的扩散、颗粒表面吸附和颗粒内扩散过程,也包括还原反应等化学过程。随着溶液吸附温度的升高,生物炭对六价铬离子的吸附效率增加,吸附环境温度的升高有助于生物炭对六价铬离子的吸附去除,表明了生物炭对六价铬离子的吸附为吸热反应过程。
(4)Langmuir和Freundlich等温模型可以较好的拟合生物炭对六价铬离子的吸附,经Langmuir吸附等温模型计算得到生物炭对六价铬离子的最大吸附容量(qm)为59.52mg/g,与其它吸附材料相比,具有较高的六价铬离子吸附容量。
(5)生物炭表面的许多官能团如-OH、C=O、C=C、芳环C-H、Si-O-Si参与了六价铬的去除过程。生物炭对六价铬的去除机理为:
①六价铬被吸附在生物炭表面;
②六价铬被生物炭表面的电子还原为三价铬;
③部分三价铬被生物炭通过络合作用固定,部分三价铬释放进入溶液中。
为此,本文以枯枝落叶为原料,通过缺氧高温分解制备生物炭吸附剂,并利用制备的生物炭对六价铬进行了去除研究,探讨了吸附条件及吸附机理。使用枯枝落叶等生物质废弃物制备生物炭,并用来处理废水中六价铬离子,与六价铬废水的传统处理方法相比具有较低的成本,达到了以废治废的目的。本研究主要有如下研究结果:
(1)在缺氧环境下制备而成的枯枝落叶生物炭产率为30.8%,灰分含量为27.3%,pH为9.2,Ec为1.5ms/cm。傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果表明生物炭具有丰富-OH、C-O-C、C=O等含氧官能团和C=C、C-H芳香官能团,对废水中六价铬离子的去除将会起到重要的作用。
(2)枯枝落叶生物炭吸附六价铬离子可以48小时吸附达到平衡,在pH2.0~7.5范围内随着pH的增加,六价铬离子的吸附效果和去除效率明显减少,pH2.0时生物炭对六价铬的去除率最高,25-50m/L六价铬的去除率在99%以上。
(3)准二级动力学模型可以较好的描述生物炭对六价铬离子的吸附动力学过程,生物炭对六价铬的去除包括外部液膜的扩散、颗粒表面吸附和颗粒内扩散过程,也包括还原反应等化学过程。随着溶液吸附温度的升高,生物炭对六价铬离子的吸附效率增加,吸附环境温度的升高有助于生物炭对六价铬离子的吸附去除,表明了生物炭对六价铬离子的吸附为吸热反应过程。
(4)Langmuir和Freundlich等温模型可以较好的拟合生物炭对六价铬离子的吸附,经Langmuir吸附等温模型计算得到生物炭对六价铬离子的最大吸附容量(qm)为59.52mg/g,与其它吸附材料相比,具有较高的六价铬离子吸附容量。
(5)生物炭表面的许多官能团如-OH、C=O、C=C、芳环C-H、Si-O-Si参与了六价铬的去除过程。生物炭对六价铬的去除机理为:
①六价铬被吸附在生物炭表面;
②六价铬被生物炭表面的电子还原为三价铬;
③部分三价铬被生物炭通过络合作用固定,部分三价铬释放进入溶液中。