改性甘蔗渣对复杂体系中铅离子分离与回收机理研究

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工业生产过程中产生的含铅废水会对环境和人体健康造成危害,其治理迫在眉睫,与其它重金属的处理方法相比,以秸秆如甘蔗渣为吸附剂的生物吸附法具备来源广泛廉价、处理效率高且二次污染小等优点而备受关注。然而未经处理的生物吸附剂对Pb2+的吸附选择性较差,处理废水效果不理想。为此本论文以废弃甘蔗渣为研究对象,制备了对Pb2+具有高效选择性的磷酸改性甘蔗渣,探讨了改性甘蔗渣对Pb2+的选择性吸附行为和机理,具体研究结果如下:(1)采用化学接枝法制备了对Pb2+具有高效选择性的磷酸改性甘蔗渣(PA-SCB)。SEM、FTIR、EDX和Zeta Potential分析结果表明磷酸基团被成功的修饰在甘蔗渣的表面。静态条件下PA-SCB对Pb2+的饱和吸附容量为0.71 mmol g-1。Pb2+在PA-SCB上的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,最适p H范围为4.5-6.0。(2)研究了动态条件下Pb/Cu、Pb/Zn、Pb/Cd和Pb/Ca双组份体系中PA-SCB对Pb2+和共存离子的竞争吸附行为和机理。研究结果表明PA-SCB对Pb2+的穿透曲线呈现典型的“S”型,对Pb2+的吸附量逐渐增加直至平衡,对共存离子的吸附容量呈现先增大后逐渐减少,共存离子的穿透曲线呈现“突跃”型,突跃曲线符合高斯方程。EDX研究结果表明PA-SCB对Pb2+吸附亲和力最高,在吸附过程中竞争性取代了被吸附的共存离子Ca2+、Cu2+、Zn2+和Cd2+,实现了Pb2+的高选择性吸附。实际废水实验结果表明,Pb2+在填充柱上的吸附容量量为0.36 mmol g-1,而Cu2+、Cd2+、Zn2+、Ca2+和Mg2+的吸附量分别为0.069、0.006、0.007、0.005和0.001 mmol g-1,PA-SCB填充柱能选择性的吸附分离实际废水中的Pb2+。(3)采用胺基改性甘蔗渣(AM-SCB)和磷酸改性甘蔗渣(PA-SCB)串联填充柱同时分离回收了废水中的Cu2+和Pb2+,研究了单柱和串联双柱对废水中Cu2+、Pb2+、Cd2+、Zn2+、Ca2+和Mg2+的吸附行为。单柱实验结果表明,采用AM-SCB能选择性的吸附Cu2+,PA-SCB能选择性的吸附Pb2+,串联双柱能同时吸附分离Cu2+和Pb2+。串联柱实验结果表明Cu2+、Pb2+、Cd2+、Zn2+、Ca2+和Mg2+在AM-SCB填充柱的吸附容量分别是0.17、0.003、0.001、0.006、0.013和0.009 mmol g-1,在PA-SCB填充柱的吸附容量分别是0.04、0.24、0.002、0.018、0.028和0.005 mmol g-1,采用不同改性生物吸附剂固定的串联柱有望于实现多种金属的回收。(4)采用原位共沉淀法制备了磷酸改性磁性甘蔗渣,磷酸改性磁性甘蔗渣和AM-SCB混合吸附剂单柱可有效的实现冶金废水中Cu2+和Pb2+的回收,填充柱吸附饱和后经磁性分离并洗脱后可得到含Cu2+和Pb2+的洗脱液,洗脱后的吸附剂又可混合重复使用。
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