膨化稻殼對(duì)重金屬離子的吸附與機(jī)理研究.pdf

1、本課題在國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃課題《礦冶重金屬?gòu)U水生物質(zhì)吸附材料的研制與應(yīng)用》(批準(zhǔn)號(hào)：2007BAB18B08)的資助下，以我國(guó)豐富農(nóng)林廢棄物天然稻殼(RRH)為原料，圍繞環(huán)境友好，從廢棄資源高效利用和減少化學(xué)污染的角度出發(fā)，利用天然稻殼簡(jiǎn)單物理改性得到的膨化稻殼，系統(tǒng)研究了該材料對(duì)Cu2+、Pb2+、Ag+三種重金屬離子的一元，二元重金屬離子混合溶液的研究特性，并在相同實(shí)驗(yàn)條件下，以天然稻殼、椰殼活性炭、硅藻土、皂土和離子交換樹(shù)

2、脂的吸附特性進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上對(duì)膨化稻殼吸附重金屬離子的機(jī)理進(jìn)行了探討。其結(jié)論如下所示：
　　 (1)膨化稻殼的紅外圖譜顯示，其表面含有胺基，-COOH比天然稻殼表面有更多的甲基和亞甲基裸露。比表面積比天然稻殼略低，但是孔體積由0.00780增大到0.0105 cm3/g。等電點(diǎn)由2.2增加到2.6，當(dāng)pH值大于等電點(diǎn)時(shí)材料表面帶負(fù)電荷。膨化稻殼的粉末電阻由天然稻殼的4.83 GΩ降低到577 MΩ。XRF顯示材料含有Si

3、O2含量約為21.8％，且XRD分析其SiO2為無(wú)定型游離態(tài)結(jié)構(gòu)。TG顯示膨化稻殼的分解溫度為294.39℃。SEM顯示膨化稻殼相比天然稻殼具有粗糙的表面，整體結(jié)構(gòu)蓬松。EDS對(duì)比分析結(jié)果顯示，SiO2主要是聚集在材料表面包狀結(jié)構(gòu)處。
　　 (2)在常溫下膨化稻殼對(duì)Cu2+重金屬離子的吸附模型更加符合Langmuir單分子層吸附，最大吸附量為11.8 mg/g。動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果均可以用準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)方程來(lái)描述，在90min達(dá)到平衡

4、且去除率為83％。膨化稻殼的最佳吸附pH值在4-6之間。熱力學(xué)研究結(jié)果為：膨化稻殼吸附重金屬離子Cu2+屬于放熱反應(yīng)過(guò)程，且為低溫下自發(fā)反應(yīng)過(guò)程。對(duì)于在常溫下吸附容量的考察表明，膨化稻殼的吸附容量?jī)?yōu)于天然稻殼和所選硅藻土的吸附容量4.71mg/g和3.60mg/g。
　　 (3)在常溫下膨化稻殼對(duì)Ag+重金屬離子的吸附模型更加符合Langmuir單分子層吸附，最大吸附量為18.6 mg/g。且動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果可符合準(zhǔn)二級(jí)程，反

5、應(yīng)到600 min時(shí)達(dá)到吸附平衡去除率為60.3％。膨化稻殼在重金屬Ag+溶液環(huán)境下，最佳吸附pH值在3-5之間。關(guān)于熱力學(xué)研究結(jié)果為：在低溫環(huán)境下，膨化稻殼吸附重金屬離子Ag+屬于低溫下自發(fā)反應(yīng)，為吸熱吸附反應(yīng)。常溫下吸附容量的考察表明，膨化稻殼的吸附容量明顯優(yōu)于天然稻殼、硅藻土和皂土的吸附容量3.69 mg/g、10.3 mg/g和17.0 mg/g。
　　 (4)常溫下膨化稻殼對(duì)Pb2+重金屬離子的吸附模型更加符合Lang

6、muir單分子層吸附，最大吸附量為40.2 mg/g。動(dòng)力學(xué)結(jié)果符合準(zhǔn)二級(jí)方程，在260 min左右吸附平衡去除率為95.2％。膨化稻殼的最佳吸附值為pH=6。膨化稻殼吸附重金屬離子Pb2+屬于自發(fā)反應(yīng)過(guò)程，升高溫度不利于它的吸附反應(yīng)。對(duì)于在常溫下最大吸附容量的考察表明，膨化稻殼的吸附容量明顯優(yōu)于對(duì)比吸附材料天然稻殼、椰殼活性炭，硅藻土、皂土、離子交換樹(shù)脂，分別為11.2 mg/g、31.0 mg/g、23.4 mg/g、30.1 mg

7、/g和32.6 mg/g。
　　 (5)膨化稻殼對(duì)于二元混合體系Cu2+-Ag+，膨化稻殼吸附Cu2+和Ag+的最大吸附量為：11.7 mg/g和4.49 mg/g。Cu2+的吸附過(guò)程仍然符合Langmuir單分子層吸附模型。在Cu2+-Pb2+混合體系中：膨化稻殼對(duì)于Cu2+和Pb2+的最大吸附量分別為7.13 mg/g和10.6 mg/g。
　　 (6)D-R模型擬合的數(shù)據(jù)分析，單離子體系中膨化稻殼吸附重金屬離子Cu

8、2+、Ag+、Pb2+的吸附過(guò)程分別以離子交換、物理吸附、物理吸附占主導(dǎo)作用。對(duì)于Cu2+的吸附方式無(wú)論是單離子體系還是多離子體系，吸附過(guò)程基本上都符合離子交換吸附機(jī)理。Cu2+和Pb2+互相阻礙了吸附，導(dǎo)致兩種離子的吸附量都發(fā)生很大程度的減少。對(duì)于Pb2+的吸附方式由單離子體系的物理吸附轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子交換占主導(dǎo)作用的吸附機(jī)理。
　　 綜合各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論分析表明，膨化稻殼對(duì)于重金屬離子的吸附具有良好的吸附效果和一定的選擇性，在重