生物吸附劑對地下水中鐵猛的吸附特性研究.pdf

1、地下水受人為因素及地質(zhì)條件的影響通常含有過量的鐵錳離子，飲用后會嚴(yán)重影響人們的身體健康，高鐵錳地下水對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也會造成一定影響，嚴(yán)重制約了地下水的利用及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，因此發(fā)展有效的方法去除地下水中鐵錳勢在必行。傳統(tǒng)的去除地下水中鐵錳的方法存在很多的弊端，成本較高且操作復(fù)雜。生物吸附法以其成本低廉，操作簡便，吸附效果好，不會對環(huán)境造成二次污染的特點(diǎn)，逐漸成為人們關(guān)注的去除水中重金屬的新技術(shù)。開展生物吸附法去除地下水中鐵錳的研究，具

2、有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究選取工農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼灰、酵母、稻殼為生物吸附劑對地下水中的鐵錳進(jìn)行去除。稻殼是稻谷加工過程中的副產(chǎn)物，產(chǎn)量豐富，堆置或燃燒既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境;稻殼灰是稻殼燃燒后的產(chǎn)物，大的比表面積和多孔性的結(jié)構(gòu)使其可以成為優(yōu)良的吸附劑材料;酵母是啤酒生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物，產(chǎn)量豐富，且對金屬離子有很好的吸附能力。以上述三種物質(zhì)作為吸附劑主體，在實(shí)現(xiàn)地下水中過量鐵錳離子去除的同時，實(shí)現(xiàn)以廢治廢的目的。本論文的研究內(nèi)容主要是對三種吸

3、附劑進(jìn)行特性表征，對比其作為生物吸附劑的可行性，并推測吸附的機(jī)制。然后，通過靜態(tài)批次試驗(yàn)，考察Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)吸附過程的影響因素，得到吸附的最佳條件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行吸附等溫線和動力學(xué)研究。本論文得到的主要研究成果如下:
　　 吸附劑特性表征方面，應(yīng)用Boehm滴定法對吸附劑表面官能團(tuán)進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明稻殼灰、酵母、稻殼表面的堿性官能團(tuán)含量大于酸性官能團(tuán)，并且羧基官能團(tuán)含量最多，其次是酚羥基，內(nèi)酯基含量較少。表面官能團(tuán)是

4、吸附Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)離子的重要活性基團(tuán)。利用比表面積測定儀和孔徑分析儀對吸附劑的比表面積和孔結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明:稻殼灰的比表面積最大，為58.3863m2·g-1，稻殼的平均孔直徑最大，為71.5268(A)，且稻殼灰的總孔容最大，為0.0402cm3·g-1。大的比表面積和孔容積，有利于稻殼灰對Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)離子的吸附。對稻殼灰和酵母固定化后的球體直徑分別在5-6mm和4-5mm左右，兩種固定化吸附劑的機(jī)械強(qiáng)度都較高，且完

5、整度達(dá)到99％。
　　 利用掃描電鏡分析了吸附劑的表面形態(tài)，吸附材料的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)在一定程度上會影響其對金屬離子的吸附。另外，研究利用微觀手段紅外光譜，X-射線衍射和X-射線熒光光譜對吸附劑的組成成分進(jìn)行分析。稻殼表面主要含有纖維素類的官能團(tuán)，且有無定型的SiO2存在;稻殼灰主要由SiO2組成，元素含量分析也證明了稻殼灰中含有大量的Si和O元素;酵母主要由糖類和蛋白質(zhì)組成，含有—OH、—COOH、N—H等官能團(tuán)。吸附劑表面的官能

6、團(tuán)可能與Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)離子發(fā)生了靜電吸附和絡(luò)合反應(yīng)，也是吸附過程中的主要吸附機(jī)制。另外，X-射線熒光光譜測定了吸附Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)前后吸附劑的元素含量變化，推測吸附過程中存在離子交換機(jī)制。
　　 通過靜態(tài)吸附過程的影響因素分析，得到三種吸附劑對Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)吸附的最佳pH值分別5和6。稻殼灰、酵母、稻殼對Fe(Ⅱ)吸附的最適吸附劑用量分別為0.6g/100mL、0.8g/100mL、1g/100mL，吸附反

7、應(yīng)達(dá)到平衡時間分別是50min、60min、60min。稻殼灰、酵母、稻殼對Mn(Ⅱ)吸附的最適吸附劑用量分別為0.8g/100mL、1g/100mL和1g/100mL，吸附反應(yīng)達(dá)到平衡時間是60min。
　　 吸附等溫線研究結(jié)果表明:Langmuir方程能更好的擬合稻殼灰、酵母、稻殼對Fe(Ⅱ)的吸附過程，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.995、0.995、0.997，且對Fe(Ⅱ)的飽和吸附量分別為6.211 mg/g、4.464mg

8、/g和4.049mg/g。稻殼灰、酵母、稻殼對Mn(Ⅱ)的吸附過程也更符合Langmuir方程的擬合結(jié)果，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.9862、0.9936、0.9899，且對Mn(Ⅱ)的飽和吸附量分別為3.016mg/g、2.229mg/g和1.899mg/g。稻殼灰對Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附能力最大。
　　 吸附動力學(xué)研究結(jié)果表明:準(zhǔn)二級動力學(xué)模型能更好的擬合稻殼灰、酵母、稻殼對Fe(Ⅱ)的吸附過程，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.99