紅壤-水溶液體系中Cr(Ⅵ)的吸附特性研究.pdf

1、隨著電鍍、印染等工業(yè)的快速發(fā)展,含Cr廢水的污染形勢日益嚴峻,嚴重影響人類的健康和生存。采用人工濕地處理含重金屬離子廢水是一種新興工藝,其低能耗、低運行成本的優(yōu)點吸引著眾多研究者的關注。人工濕地中吸附劑對污染物的吸附是處理工藝中重要環(huán)節(jié)之一。因此填料的選擇、定量及其對重金屬離子吸附行為的研究在應用人工濕地處理重金屬廢水中具有重要意義。
　　 經典等溫吸附理論都將平衡離子吸附密度qe定義為平衡液相離子濃度Ce的一元函數,而所有經典

2、動力學方程也只給出了吸附密度q與吸附接觸時間t的關系。在實際應用中經典吸附方程存在著吸附劑濃度效應和方程中參數不穩(wěn)定等問題。受基本函數關系的限制,經典方程不能直接用于計算已知起始離子濃度C0和吸附劑濃度W0體系的吸附量。因此,改進和完善液/固吸附理論,建立更為科學實用的離子吸附定量模型成為當前吸附領域的研究重點之一。
　　 本研究的理論基礎是離子吸附四組分模型。模型認為,吸附系統應由四個必要因子組成,其分別為:液相離子C、固相離

3、子Q、未被占據的吸附點Wu、以及被離子占據的吸附點Wc。和經典等溫吸附理論不同,四組分理論認為平衡離子吸附密度qe(離子吸附量Qe與吸附劑量W0的比值)是C0/W0(起始液相離子濃度C0與吸附劑濃度W0的比值)與Ce/W0(平衡液相離子濃度Ce與W0的比值)的一元函數。基于這一原理,可得出qe與ce的基本關系:
　　 k=ce(qm-qe)/qe2 ce=Ce/W0及qe與c0的基本關系(即平衡吸附預測模型):
　　 q

4、e={c0+qm-[(c0+qm)2-4c0qm(1-k)]1/2}/[2(1-k)]c0=C0/W0
　　 本研究的目的是通過探討三個離子/吸附劑比值,qe,ce和c0之間的關系來檢驗四組分模型是否適合于描述固/液吸附體系中陰離子的吸附過程；并在四組分理論的基礎上建立新吸附動力學方程,用來預測不同時間t點上離子的吸附量。
　　 針對以上問題,本研究選擇紅壤作為吸附劑,在起始離子濃度5-375mg/L和吸附劑濃度50-2

5、50g/L,范圍內進行了Cr(Ⅵ)的等溫吸附試驗和動態(tài)吸附試驗。主要研究結果如下:
　　 (1)紅壤來源廣泛、廉價易得,含有大量的鐵、鋁氧化物凝膠,具有較強吸附Cr(Ⅵ)的能力。作為人工濕地填料,可以高效地去除廢水中的cr(Ⅵ)。
　　 (2)Cr(Ⅵ)吸附速率在初始2小時內很高,吸附在10小時左右趨向平衡。吸附達到平衡所需的時間與起始離子濃度C0和吸附劑濃度W0相關,基本趨勢是隨C0增大而延長,隨W0增大而減短。

6、>　　 (3)經典方程的應用主要存在兩大問題:一是吸附劑濃度效應,表現為等溫吸附曲線(即qe-Ce曲線)隨吸附劑濃度增大而降低；二是方程參數不恒定為常數,隨吸附劑濃度變化而變化,說明吸附密度qe不是平衡液相離子濃度Ce的一元函數。
　　 (4)遵循系統的狀態(tài)函數唯一由狀態(tài)間的差異來決定的熱力學原理,平衡點固相離子/吸附劑比(Qe/W0)唯一由起始點液相離子/吸附劑比(C0/W0)與平衡點液相離子/吸附劑比(Ce/W0)的差異來

7、決定,與離子、吸附劑的體積濃度及吸附反應過程無關。這意味著液/固離子吸附體系中的強度因子不是離子的體積濃度,而是離子量與吸附劑量的比值,其決定吸附反應的方向與速率。離子吸附達到平衡的條件是離子與吸附劑化學勢之和在固液相之間的差異為零。
　　 (5)離子/吸附劑比試驗與體積影響試驗結果均表明,給定c0,qe與ce值基本保持為常數,說明qe是ce或者c0的一元函數。qe與ce而不是與Ce具有一一對應函數關系,因此經典等溫曲線(即qe

8、-Ce曲線)存在吸附劑濃度效應是一種必然現象。
　　 (6)反復測試的結果顯示,平衡吸附模型預測值與試驗數據吻合很好,具有較高的預測精度。新定義的qe-ce和qe-c0等溫曲線基本消除了吸附劑濃度效應。
　　 (7)基于qe-c0關系,建立了新的離子吸附動力學方程:
　　 q=qe{1-[b/(b+t)]a},a=1/2,b=qe/(c0qm)1/2
　　 試驗檢測結果表明新方程的參數與起始離子濃度C0和