利用有機(jī)溶劑制漿法中產(chǎn)生的有機(jī)溶劑木質(zhì)素為主體原料,用于重金屬離子的富集和廢水處理,達(dá)到材料與生態(tài)環(huán)境的和諧。本研究從木質(zhì)素的吸附性能及各種實(shí)驗(yàn)條件對(duì)其吸附性能的影響進(jìn)行研究。有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附劑對(duì)金屬離子的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明:木質(zhì)素吸附劑對(duì)Cu2+、Pb2+和Cd2+具有很好的吸附效果,在實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)上述金屬離子的靜態(tài)吸附量分別達(dá)到了27.42 mg·g-1、99.5 mg·g-1、32.7 mg·g-1。并且具有很好的解吸再生能力用濃度為0.1mol·L-1的HCl溶液對(duì)吸附后的有機(jī)溶劑木質(zhì)素處理僅10min后,木質(zhì)素對(duì)Cu2+和Pb2+的解析率分別為33.19%和71.8%,解吸后的木質(zhì)素對(duì)1mmol·L-1的Cu2+和Pb2+的吸附率高達(dá)82.06%和93.63%。研究結(jié)果不僅為有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附重金屬研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并對(duì)重金屬廢水處理提供有益的借鑒。
1 引言
吸附法處理重金屬廢水具有適應(yīng)范圍廣、處理效果好、可回收有用金屬以及吸附劑可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。研究?jī)?nèi)容主要包括有機(jī)溶劑木質(zhì)素的靜態(tài)吸附解吸實(shí)驗(yàn),計(jì)算吸附率、吸附量、解析率和再生吸附量;有機(jī)溶劑木質(zhì)素的等溫吸附實(shí)驗(yàn),計(jì)算出吸附平衡濃度和吸附劑的平衡吸附量,然后用Langmuir和Freundlich吸附等溫式來解釋木素吸附劑的吸附情況,計(jì)算飽和吸附量;有機(jī)溶劑木質(zhì)素的吸附條件優(yōu)化,包括pH、吸附時(shí)間和吸附質(zhì)的初始濃度對(duì)木質(zhì)素吸附劑吸附效果的影響。有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附劑的吸附效果與吸附質(zhì)溶液的pH值、吸附時(shí)間、吸附質(zhì)的初始濃度相關(guān),增加溶液pH值、延長(zhǎng)吸附時(shí)間、增加吸附質(zhì)濃度有利吸附。有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附劑,木質(zhì)素原料來源充足,制備簡(jiǎn)單,費(fèi)用低廉,且對(duì)重金屬的吸附效果好,為木質(zhì)素類吸附劑去除重金屬離子提供了一種新的材料。
2有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附劑的性能測(cè)試
本研究分別對(duì)pH、吸附時(shí)間、金屬離子初始濃度三種影響有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附效果的因素進(jìn)行選擇優(yōu)化。
2.1試驗(yàn)材料、儀器與分析手段
(1)實(shí)驗(yàn)材料與試劑
本實(shí)驗(yàn)所用造紙黑液取自第一步蒸煮草漿之后,未經(jīng)洗滌、篩選、漂白工序,主要成分為水、DMF和苯胺。
2.2有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附劑吸附性能測(cè)試
由于重金屬能在土壤中累積,并且無法被微生物降解,不論用什么方法處理都不能把重金屬分解破壞,而只能轉(zhuǎn)移其存在位置并改變其物理、化學(xué)形態(tài),因此重金屬是一種永久性的污染物。目前常用的重金屬廢水處理方法有沉淀法、離子交換法和吸附法等。其中吸附法處理重金屬廢水具有適應(yīng)范圍廣、處理效果好、可回收有用金屬、吸附劑價(jià)格便宜以及吸附劑可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。
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本部分采用有機(jī)溶劑木質(zhì)素對(duì)Pb2+、Cu2+、Cd2+三種金屬離子進(jìn)行吸附處理,綜合探討各種因素對(duì)吸附效果的影響,然后測(cè)定了有機(jī)溶劑木質(zhì)素的靜態(tài)吸附效果和等溫吸附。
(1)吸附條件的選擇
2.4靜態(tài)解吸再生實(shí)驗(yàn)
解吸再生指在吸附劑結(jié)構(gòu)不發(fā)生或者稍微發(fā)生變化的情況下將被吸附的物質(zhì)從吸附劑上去除,恢復(fù)其吸附性能,以便重復(fù)使用。因此,解吸再生效率是吸附劑的重要性能之一。本文以Cu2+和Pb2+為吸附質(zhì),進(jìn)行靜態(tài)法解吸再生實(shí)驗(yàn)。
解析條件:解吸溫度20℃;木質(zhì)素濃度2.0g·L-1;解吸pH值為6;解吸時(shí)間為10min。再生吸附條件:吸附溫度20℃;吸附劑濃度2.0g·L-1;吸附pH值為6;吸附時(shí)間為2.5h。由表2-2結(jié)果可以看出,用濃度為0.1mol·L-1的HCl溶液對(duì)吸附后的有機(jī)溶劑木質(zhì)素處理僅10min后,木質(zhì)素對(duì)Cu2+和Pb2+的解析率分別為33.19%和71.8%,說明有機(jī)溶劑木質(zhì)素可以有很好的解吸效果。解吸后的木質(zhì)素對(duì)1mmol·L-1的Cu2+和Pb2+的吸附率高達(dá)82.06%和93.63%,說明有機(jī)溶劑木質(zhì)素有非常好的再生能力。
2.5等溫吸附實(shí)驗(yàn)
應(yīng)用于描述液-固體系吸附的等溫式中,常見的有Langmuir吸附等溫式、Freundlich吸附等溫式和B.E.T.吸附等溫式等。其中,Langmuir吸附溫式和Freundlich吸附等溫式適用于單組分吸附體系,而B.E.T.吸附等溫式用于多組分吸附體系。因此,本研究采用Langmuir和Freundlich吸附等溫式來解釋有機(jī)溶劑木素吸附劑的吸附情況。經(jīng)對(duì)比,認(rèn)為以Langmuir吸附等溫式比Freundlich吸附等溫式回歸更適合于吸附曲線的數(shù)學(xué)表達(dá),同時(shí)也表明了上述2種金屬離子在木質(zhì)素吸附劑上的吸附符合Langmuir吸附等溫式和Freundlich吸附等溫式。由圖2-4可見,有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附劑對(duì)重金屬離子的吸附過程用Langmuir等溫方程可以很好地描述,金屬離子在吸附劑上的吸附呈單分子層形式。由圖2-5可見,用Freundlich吸附模式也能很好地描述金屬離子Cu2+在吸附劑上的吸附規(guī)律。
3 結(jié)論
本實(shí)驗(yàn)黑液來自于以秸稈為原料的制漿黑液,利用混凝沉淀法將有機(jī)溶劑木質(zhì)素從體系中分離,制備出原生有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附劑,用靜態(tài)吸附法和等溫吸附實(shí)驗(yàn)研究了有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附劑的吸附性能,并對(duì)影響吸附效果的因素進(jìn)行了選擇優(yōu)化,得出以下結(jié)論:
(1)對(duì)pH、吸附時(shí)間、吸附質(zhì)初始濃度三種影響木質(zhì)素吸附劑吸附效果的因素進(jìn)行了選擇優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,pH值越大、吸附時(shí)間越長(zhǎng)、吸附質(zhì)初始濃度越高,有機(jī)溶劑木質(zhì)素的吸附效果越好。
(2)有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附劑對(duì)金屬離子的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明,木質(zhì)素吸附劑對(duì)Cu2+、Pb2+和Cd2+具有很好的吸附效果,在實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)上述金屬立足的靜態(tài)吸附量分別達(dá)到了27.42 mg·g-1、99.5 mg·g-1、32.7 mg·g-1。并且具有很好的解吸再生能力,用濃度為0.1mol·L-1的HCl溶液對(duì)吸附后的有機(jī)溶劑木質(zhì)素處理僅10min后,木質(zhì)素對(duì)Cu2+和Pb2+的解析率分別為33.19%和71.8%,解吸后的木質(zhì)素對(duì)1mmol·L-1的Cu2+和Pb2+的吸附率高達(dá)82.06%和93.63%。
(3)有機(jī)溶劑木質(zhì)素吸附劑的靜態(tài)等溫吸附符合Langmuir和Freundlich吸附等溫式。對(duì)Cu2+和Pb2+分別用Langmuir吸附等溫式進(jìn)行分析,相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.9997和0.9986,計(jì)算得出二者的飽和吸附量分別為123.46mg·g-1和1122.36mg·g-1,平衡參數(shù)RL值都小于0.5,說明木質(zhì)素吸附劑對(duì)以上Cu2+和Pb2+具有很好的吸附效果。對(duì)Cu2+和Pb2+分別用Freundlich吸附等溫式進(jìn)行分析,相關(guān)系數(shù)為0.9756和0.7166。