纳米氧化锌改性沸石对废水中重金属离子去除特性的研究

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随着我国工业的发展重金属离子的排放对水质的污染愈加严重,有效去除水中的重金属离子已经成为环境治理的迫切工作,特别是水中的铅、镉离子是最具代表性的两个重金属污染离子。基于纳米氧化锌对环境友好、具有大的比表面积、较好的催化性能和吸附性能的特性。同时天然沸石具有多孔状结构,有着很好的吸附性以及离子交换性能,价格低廉、容易回收等特点。所以本文将纳米氧化锌负载在多孔状结构的天然沸石表面,制备出一种新型环保的改性材料。使其更有效的去除污染水中的铅、镉离子,并且通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积检测法(BET)、能量色散X射线仪(EDS)等各种表征手段对样品进行表征。研究结果表明:(1)经过纳米氧化锌改性的多孔状结构沸石与天然沸石作对比,沸石在经过改性后,对重金属离子Cd2+、Pb2+的吸附效果显著提高,特别是当条件为25℃、粒径30目40目、投加量为0.5g、初始浓度100mg/L、pH在67之间、吸附时间为2h时,纳米氧化锌改性沸石对Cd2+的饱和吸附量达到了最大值5.35mg/g,而天然沸石吸附Cd2+仅为3.89mg/g;在上述温度pH投加量不变时,采用粒径为20目30目、初始浓度为50mg/L、吸附时间为4h的条件下,纳米氧化锌改性沸石对Pb2+的饱和吸附量达到了34.28 mg/g,天然沸石吸附Pb2+为33.3 mg/g。(2)通过XRD分析后发现,图谱中可清楚看到纳米氧化锌的特征峰,说明纳米氧化锌已经成功负载到天然沸石上。通过SEM可以看出纳米氧化锌改性沸石制备成功后,相较于天然沸石增加了表面积和吸附位点。通过BET测得纳米氧化锌改性沸石的比表面积是天然沸石的2.4倍,孔径是天然沸石的1.3倍,孔容是天然沸石的1.4倍。(3)研究了纳米氧化锌改性沸石和天然沸石对重金属Cd2+、Pb2+的吸附机理,纳米氧化锌改性沸石去除Cd2+、Pb2+的过程是在吸附和离子交换的作用下同时进行的。用Langmuir和Freundlich等温式拟合后发现,纳米氧化锌改性沸石与天然沸石吸附Pb2+的吸附等温线都能够被Langmuir方程很好的拟合,天然沸石吸附Cd2+的吸附等温线也能被Langmuir方程很好的拟合,而纳米氧化锌改性沸石对Cd2+的吸附经被Freundlich等温式拟合后R2为0.95,说明改性沸石对Cd2+的吸附存在多分子层吸附。在25℃时,通过动力学方程拟合,准二级动力学方程能更好的描述纳米氧化锌改性沸石吸附Cd2+、Pb2+的过程,R2分别达到了0.985与0.972。(4)研究了纳米氧化锌改性沸石对配制好的模拟废水中Pb2+、Cb2+、Cu2+、Ni2+去除的效果,最终结果显示,纳米氧化锌改性沸石能够较好的去除废水中的Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+,去除率达到90%以上;经过再生循环实验,纳米氧化锌改性沸石可以重复利用,有效地循环利用次数为3次以上。
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