蛭石-水溶液體系中Cu(Ⅱ)的吸附特性研究.pdf

1、由于工業(yè)的迅速發(fā)展,重金屬污染問題日益突出。如何經(jīng)濟(jì)、高效地去除廢水中的重金屬離子已成為水環(huán)境保護(hù)中的重要課題。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。人工濕地去除廢水中重金屬離子主要是依靠填料的吸附作用來實(shí)現(xiàn),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

2、度Ce的一元函數(shù),而所有經(jīng)典動(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。
　　 針對(duì)以上問題,本研究選擇蛭石作為吸附劑,在起始離子濃度20-750mg/L和吸

3、附劑濃度20-150g/L范圍內(nèi)進(jìn)行了Cu2+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.等溫吸附試驗(yàn)表明,蛭石對(duì)Cu2+具有較強(qiáng)的吸附能力,其飽和吸附密度qm可達(dá)4.5mg/g；動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)表明,蛭石對(duì)Cu2+具有較快的吸附速率,10分鐘內(nèi),吸附密度可達(dá)平衡吸附密度的65％左右。因此,利用蛭石這一價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富的新型吸附材料來去除廢水中的Cu2+,不僅可取得良好的處理效果還可以有效地降低廢水的處理成本。

4、r>　　 2.經(jīng)典等溫吸附曲線存在明顯的吸附劑濃度效應(yīng),隨吸附劑濃度W0增大,傳統(tǒng)定義的qe-Ce等溫線降低,經(jīng)典方程的參數(shù)也呈現(xiàn)顯著差異,說明與經(jīng)典模型定義的關(guān)系不同,平衡吸附密度qe不唯一由液相平衡濃度Ce所決定,而是Ce和W0兩個(gè)變量的函數(shù)。由于樣本系列吸附劑濃度具有顯著差異,Langmuir與Freundlich方程均不能用來描述綜合樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　 3.平衡離子吸附密度qe為C0/W0(起始點(diǎn)液相離子濃度C0與吸

5、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)兩者之差。重復(fù)測(cè)試證實(shí)qe、Ce/W0與C0/W0三者具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。觀察到的現(xiàn)象表明液/固相離子吸附體系中的強(qiáng)度因子不是Ce而是固相的qe與液相的Ce/W0。支持這一強(qiáng)度因子觀點(diǎn)的依據(jù)是離子吸附反應(yīng)的方向與速率取決于系統(tǒng)中離子量與吸附劑量的相對(duì)水平。
　　 4.檢驗(yàn)了液/固離子吸附體系四組分模型理論,該模型認(rèn)為吸附系統(tǒng)由四個(gè)必要并密切相關(guān)的因子組成,其分別

6、為:液相離子C、固相離子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,離子吸附基本反應(yīng)式為:
　　 C+Wu＝Q+Wc
　　 吸附反應(yīng)的平衡常數(shù)為:
　　 k=([C]e[Wu]e)/([Q]e[Wc]e)=(Ce/W0)(qm-qe)/qe2
　　 理論上,離子吸附反應(yīng)達(dá)到平衡的條件是離子與吸附劑化學(xué)勢(shì)之和在液固相之間的差異為零,即
　　 μC,e+μWu,e=μQ,e+μWc,e

7、>　　 5.用Cu2+吸附數(shù)據(jù)驗(yàn)證了平衡吸附預(yù)測(cè)模型:
　　 qe={c0+qm-[(c0+qm)2-4c0qm(1-k)]1/2}/[2(1-k)],c0=C0/W0
　　 模型的參數(shù)(吸附容量qm與吸附平衡常數(shù)k)物理意義明確。重現(xiàn)性檢驗(yàn)證實(shí)平衡吸附預(yù)測(cè)模型具有較高的預(yù)測(cè)精確度。
　　 6.用Cu2+吸附數(shù)據(jù)驗(yàn)證了新的動(dòng)力學(xué)方程:
　　 q=qe{1-[b/(b+t)]a},a=1/2,b=qe/(