【摘 要】
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重金属作为重要的工业原料,广泛应用于各个行业,导致工业废水中含有大量的重金属。重金属具有高毒性、不可生物降解性、生物累积性等特点,对人体和生态的破坏是不可逆的,因此需要对含过量重金属的废水治理多加重视。在众多治理方法中,吸附法因灵活、高效和可逆而被广泛应用。吸附材料的选择是吸附法的关键所在,凹凸棒土具有独特的2:1型层链状结构,且晶体内部存在可交换的阳离子,具备良好的吸附性能。同时,凹凸棒土还拥有
【基金项目】
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广州市科技创新发展专项资金项目（第一批）基础与应用基础研究项目:陈腐RDF 循环流化床燃烧重金属的迁移及腐殖土吸附（202002030105）； 广东省基础与应用基础研究基金自然科学基金项目（面上项目）:重金属在陈腐/城镇生活垃圾掺烧过程中的迁移及其基于腐殖土的控制（2114050000829）；
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重金属作为重要的工业原料,广泛应用于各个行业,导致工业废水中含有大量的重金属。重金属具有高毒性、不可生物降解性、生物累积性等特点,对人体和生态的破坏是不可逆的,因此需要对含过量重金属的废水治理多加重视。在众多治理方法中,吸附法因灵活、高效和可逆而被广泛应用。吸附材料的选择是吸附法的关键所在,凹凸棒土具有独特的2:1型层链状结构,且晶体内部存在可交换的阳离子,具备良好的吸附性能。同时,凹凸棒土还拥有无毒、储量丰富、成本低廉等优势,成为吸附剂的不二之选。腐殖酸是陈腐垃圾腐殖土的重要成分,其官能团可与重金属离子结合,但其大分子结构也可能堵塞凹凸棒土的孔隙结构。因此,腐殖酸对凹凸棒土吸附性能的影响值得深入探讨。通过静态和动态吸附实验,本文探究了腐殖酸对凹凸棒土吸附Cd2+、Cu2+和Zn2+的影响,分析了凹凸棒土和腐殖酸负载凹凸棒土对Cd2+、Cu2+和Zn2+的吸附行为和机理,凹凸棒土在多金属共存条件下对Cd2+、Cu2+和Zn2+的动态吸附特性。在静态吸附试验中,研究了接触时间、温度、吸附剂投加量和重金属离子初始浓度的工况对吸附的影响以及凹凸棒土对Cd2+、Cu2+和Zn2+的吸附效果受腐殖酸的影响。结果表明,凹凸棒土的结构以介孔和大孔为主,有利于对重金属离子的吸附。腐殖酸成功附着在凹凸棒土的表面,但无法进入其晶格内,自身结构为发生变化。腐殖酸的负载导致凹凸棒土的比表面积、孔体积以及孔径减小,且官能团数量也没有得到增加,所以造成了凹凸棒土吸附能力的下降。随着时间的增加,凹凸棒土和腐殖酸负载凹凸棒土对Cd2+、Cu2+和Zn2+的吸附速率在第一阶段很快,第二阶段趋于缓和,第三阶段达到吸附平衡。温度升高、吸附剂投加量增加、溶液初始浓度降低有利于吸附的进行。采用吸附等温线、吸附动力学以及吸附热力学模型对凹凸棒土和腐殖酸负载凹凸棒土吸附Cd2+、Cu2+和Zn2+的过程进行模拟分析。结果表明,凹凸棒土吸附Cd2+、Cu2+以及腐殖酸负载凹凸棒土吸附Cu2+只符合Langmuir模型,而Langmuir与Freundlich模型均能很好地对凹凸棒土吸附Zn2+以及腐殖酸负载凹凸棒土吸附Cd2+、Zn2+进行拟合。凹凸棒土对Cu2+的吸附过程同时符合准一级和准二级模型,其余吸附过程只符合准一级模型。凹凸棒土和腐殖酸负载凹凸棒土对Cd2+、Cu2+和Zn2+的吸附过程均是可行的,自发的、吸热的。在动态吸附实验中,研究了溶液流量和多金属共存对凹凸棒土吸附Cd2+、Cu2+和Zn2+的穿透曲线的影响,采用BDST和Thomas模型对凹凸棒土吸附柱的吸附过程进行拟合。凹凸棒土吸附柱对Cd2+、Cu2+和Zn2+的吸附过程共经历三个阶段,分别是启动阶段、快速吸附阶段和吸附平衡阶段,整个过程的穿透曲线呈现S型。三种重金属中,凹凸棒土对Cu2+的选择吸附性最强,其次是Zn2+,最弱的是Cd2+。BDST模型和Thomas模型可以对凹凸棒土吸附柱吸附Cu2+和Zn2+的过程进行拟合,可以预测凹凸棒土吸附柱吸附Cd2+和Cu2+的穿透时间。
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