修飾蛋白石次序吸附染料及重金屬特性研究.pdf

1、固體礦物廢料蛋白石粉(Opal)是一種天然的介孔二氧化硅材料，本課題以蛋白石粉為吸附劑材料，對染料(CrystalViolet，CV)廢水—重金屬廢水進(jìn)行了次序吸附性能研究，探究染料固廢污泥的資源化設(shè)計應(yīng)用，即蛋白石先對染料廢水進(jìn)行脫色處理，吸附染料后的蛋白石污泥再經(jīng)過表面固碳熱處理，以改變其表面基團(tuán)性質(zhì)后再用來從水溶液中回收富集重金屬，制備出一種新型碳-硅連續(xù)吸附劑材料。主要通過掃描電子顯微鏡和能譜(SEM/EDX)、BET、X射線衍

2、射圖譜(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、零電荷(pHpzc)等手段對吸附劑材料的比表面積和孔徑分布、晶體結(jié)構(gòu)、形貌形態(tài)、表面性質(zhì)等進(jìn)行了表征。實驗結(jié)果表明:
　　(1)蛋白石在300、400、500、700℃進(jìn)行熱處理后，蛋白石pHpzc值從6.6增加到7.4，紅外圖顯示硅羥基吸收峰峰強逐漸減弱，同時蛋白石對CV的吸附性能漸弱，表明蛋白石表面富含的硅醇功能基團(tuán)在CV染料的吸附過程中起重要的作用。
　　(2)蛋白石對

3、CV吸附性能的影響主要從溶液pH、吸附劑功能基團(tuán)、初始濃度、吸附劑投加量、接觸時間、溫度等方面進(jìn)行考察;同時采用外部傳質(zhì)、粒內(nèi)擴(kuò)散、準(zhǔn)一級和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和Langmuir、Freundlich、D-R等溫模型對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合;另外結(jié)合熱處理前后pHpzc圖和吸附前后紅外譜圖對吸附機理進(jìn)行了分析。吸附性能實驗表明:優(yōu)化條件下，結(jié)晶紫獲得最大吸附量101.13mg/g，等溫吸附數(shù)據(jù)符合Freundlich模型;動力學(xué)數(shù)據(jù)符合準(zhǔn)二級動

4、力學(xué)模型，粒內(nèi)擴(kuò)散不是唯一的速率控制因素，蛋白石對結(jié)晶紫的吸附是擴(kuò)散與化學(xué)反應(yīng)聯(lián)合控制的過程。吸附反應(yīng)的平均自由能(＜8kJ/mol)和活化能(Ea)為13.85kJ/mol和熱力學(xué)參數(shù)（ΔGΘ，ΔHΘ和ΔSΘ）計算值說明蛋白石對結(jié)晶紫的吸附反應(yīng)是一個吸熱、自發(fā)、熵增的物理過程。
　　(3)新型碳-硅連續(xù)吸附劑（O-CV-250）不僅表現(xiàn)出對重金屬Pb(Ⅱ)的選擇吸附行性，對Ni(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)幾乎沒有吸附，而且相比于蛋白石原樣

5、，其對Pb(Ⅱ)的吸附性能有提升，最大吸附量從14.86mg/g增加至20.92mg/g。O-CV-250對Pb(Ⅱ)的吸附動力學(xué)表明，在各個初始濃度，粒內(nèi)擴(kuò)散不是唯一的速率控制步驟，吸附符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型，說明吸附過程由擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)聯(lián)合控制，而且隨初始濃度增大，吸附量增加，吸附速率加快，達(dá)到吸附平衡的時間越短。O-CV-250的吸附再生結(jié)果表明，吸附劑在五次循環(huán)再生后對Pb(Ⅱ)離子的去除率仍達(dá)到70％以上，說明本吸附劑可重復(fù)使用