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(shì)日益嚴(yán)峻,嚴(yán)重影響人類(lèi)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(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn)吸引著眾多研究者的關(guān)注。人工濕地中吸附劑對(duì)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(duì)重金屬離子吸附行為的研究在應(yīng)用人工濕地處理重金屬?gòu)U水中具有重要意義。
　　 經(jīng)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(shù),而所有經(jīng)典

2、動(dòng)力學(xué)方程也只給出了吸附密度q與吸附接觸時(shí)間t的關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)典吸附方程存在著吸附劑濃度效應(yīng)和方程中參數(shù)不穩(wěn)定等問(wèn)題。受基本函數(shù)關(guān)系的限制,經(jīng)典方程不能直接用于計(jì)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(jìn)和完善液/固吸附理論,建立更為科學(xué)實(shí)用的離子吸附定量模型成為當(dāng)前吸附領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。
　　 本研究的理論基礎(chǔ)是離子吸附四組分模型。模型認(rèn)為,吸附系統(tǒng)應(yīng)由四個(gè)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(jù)的吸附點(diǎn)Wu、以及被離子占據(jù)的吸附點(diǎn)Wc。和經(jīng)典等溫吸附理論不同,四組分理論認(rèn)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(shù)?；谶@一原理,可得出qe與ce的基本關(guān)系:
　　 k=ce(qm-qe)/qe2 ce=Ce/W0及qe與c0的基本關(guān)系(即平衡吸附預(yù)測(cè)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(guò)探討三個(gè)離子/吸附劑比值,qe,ce和c0之間的關(guān)系來(lái)檢驗(yàn)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(guò)程；并在四組分理論的基礎(chǔ)上建立新吸附動(dòng)力學(xué)方程,用來(lái)預(yù)測(cè)不同時(shí)間t點(diǎn)上離子的吸附量。
　　 針對(duì)以上問(wèn)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(nèi)進(jìn)行了Cr(Ⅵ)的等溫吸附試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)紅壤來(lái)源廣泛、廉價(jià)易得,含有大量的鐵、鋁氧化物凝膠,具有較強(qiáng)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(shí)內(nèi)很高,吸附在10小時(shí)左右趨向平衡。吸附達(dá)到平衡所需的時(shí)間與起始離子濃度C0和吸附劑濃度W0相關(guān),基本趨勢(shì)是隨C0增大而延長(zhǎng),隨W0增大而減短。

6、>　　 (3)經(jīng)典方程的應(yīng)用主要存在兩大問(wèn)題:一是吸附劑濃度效應(yīng),表現(xiàn)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(shù)不恒定為常數(shù),隨吸附劑濃度變化而變化,說(shuō)明吸附密度qe不是平衡液相離子濃度Ce的一元函數(shù)。
　　 (4)遵循系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)唯一由狀態(tài)間的差異來(lái)決定的熱力學(xué)原理,平衡點(diǎn)固相離子/吸附劑比(Qe/W0)唯一由起始點(diǎn)液相離子/吸附劑比(C0/W0)與平衡點(diǎn)液相離子/吸附劑比(Ce/W0)的差異來(lái)

7、決定,與離子、吸附劑的體積濃度及吸附反應(yīng)過(guò)程無(wú)關(guān)。這意味著液/固離子吸附體系中的強(qiáng)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(yīng)的方向與速率。離子吸附達(dá)到平衡的條件是離子與吸附劑化學(xué)勢(shì)之和在固液相之間的差異為零。
　　 (5)離子/吸附劑比試驗(yàn)與體積影響試驗(yàn)結(jié)果均表明,給定c0,qe與ce值基本保持為常數(shù),說(shuō)明qe是ce或者c0的一元函數(shù)。qe與ce而不是與Ce具有一一對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系,因此經(jīng)典等溫曲線(即qe

8、-Ce曲線)存在吸附劑濃度效應(yīng)是一種必然現(xiàn)象。
　　 (6)反復(fù)測(cè)試的結(jié)果顯示,平衡吸附模型預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合很好,具有較高的預(yù)測(cè)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(yīng)。
　　 (7)基于qe-c0關(guān)系,建立了新的離子吸附動(dòng)力學(xué)方程:
　　 q=qe{1-[b/(b+t)]a},a=1/2,b=qe/(c0qm)1/2
　　 試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明新方程的參數(shù)與起始離子濃度C0和