粉煤灰多孔陶瓷的制备及其对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

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粉煤灰是燃煤产生的工业固体废弃物,对其进行资源化利用对改善生态环境和推动绿色可持续发展具有非常重要的意义。将粉煤灰制备成多孔陶瓷可用于水质净化,但目前粉煤灰多孔陶瓷直接处理含铬废水的效果不太理想,有必要对其进行改性处理来提高其吸附性能。镧、铈等稀土元素具有良好的吸附特性,但单独利用稀土元素进行水处理的成本非常高。因此本研究以包头本地的粉煤灰为主要原料,将稀土元素用于粉煤灰多孔陶瓷的改性来处理含铬废水,对于提高多孔陶瓷的吸附性能,降低经济成本,实现以废治废具有一定的理论和实际意义。本文以包头本地的粉煤灰为主要原料,利用添加造孔剂法制备多孔陶瓷,研究了氧化铝掺量、造孔剂掺量、烧结温度和保温时间对多孔陶瓷性能的影响,优选了最佳的配方和烧结制度。利用稀土溶液浸渍制备出改性多孔陶瓷,以Cr(Ⅵ)为吸附去除对象,研究了pH值、吸附时间、初始浓度、投加量、温度对吸附性能的影响,建立了改性多孔陶瓷对Cr(Ⅵ)的吸附模型并探讨吸附机理。此外,对饱和吸附的改性多孔陶瓷进行脱附再生实验,研究了其循环再生性能。研究结果表明,粉煤灰多孔陶瓷的最佳制备条件为:粉煤灰添加量为45%、氧化铝掺量为15%、造孔剂掺量为30%、淀粉和碳酸钙添加量均为4%、蒙脱石添加量为2%、烧结温度为1200℃、保温时间为30min,此条件下制备出以钙长石为主晶相的多孔陶瓷。经过0.4mol/L的LaCl3/CeCl3(1:1)溶液改性的多孔陶瓷的吸附性能最好,优化后的最佳吸附条件为:pH值为5.1,吸附时间为24h,投加量为50g/L,溶液中Cr(Ⅵ)初始浓度为100mg/L,吸附温度为303K。改性多孔陶瓷对Cr(Ⅵ)的吸附行为更符合准二级动力学模型,颗粒内扩散不是唯一限速步骤;等温吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型,属于多分子层吸附。改性多孔陶瓷对Cr(Ⅵ)的吸附是一个自发的无序性增加的吸热反应,吸附由物理吸附和化学吸附共同作用,反应机理是静电引力和改性多孔陶瓷的活性官能团-OH与Cr(Ⅵ)发生配位体交换。经过0.1mol/L的HCl溶液脱附后的多孔陶瓷的再吸附效果最好,经过4次循环脱附再吸附后,再吸附率仍能达到60%以上,改性多孔陶瓷可作为循环吸附材料,应用于工业废水的处理。
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