论文部分内容阅读
20世纪70年代以来，随着世界人口剧增，经济高速发展，全球用水量急剧增长，水污染日益严重，而水体中的重金属污染对人类具有致命毒害，重金属污染的治理已迫在眉睫。 碳酸钙是一种环保、廉价、无毒、功能性突出的无机化工材料，在医药、建材、食品等行业有广泛应用。碳酸钙粉体的用途和性能都依赖于其比表面积和颗粒尺寸。因此，制备具有特殊形貌和特殊结构的碳酸钙对高效去除水体中的重金属有重要的意义。 本研究首次以棉花为模板通过复分解反应法制备具有棉花形貌的碳酸钙，并将其应用于吸附水中重金属离子Pb2+和Cd2+。采用扫描电镜、透射电镜、比表面积测定仪、X射线粉末衍射仪、能谱对所制碳酸钙和吸附后的产物的微观结构、粒度、比表面积、物相及成分进行了表征。考察了吸附材料碳酸钙对水体中重金属铅和镉的吸附性能，分析了溶液的pH值、温度、吸附时间及重金属离子初始浓度等因素对铅和镉吸附的影响。并用准二级动力学方程、Langmuir等温吸附模型、Freundlich等温吸附模型及热力学方程对实验结果进行模拟分析。本论文包括两部分内容: (1)首次使用棉花作为模板制备具有棉花形貌的碳酸钙，并考察了反应物浓度和煅烧温度对碳酸钙形貌的影响。得出的结论是:反应物浓度越低越易形成棉花形貌的碳酸钙，但浓度过低会导致产物的产率低;在煅烧温度400-550℃范围内，碳酸钙颗粒均能组装成棉花形貌。随着煅烧温度的升高，碳酸钙颗粒先增大后减小，其比表面积、孔容和孔径先增大后减小。在煅烧温度为600℃以上时，棉花形貌消失，产物的比表面积也较小，这是由于碳酸钙颗粒间堆积形成的孔道坍塌造成的。 (2)将在反应物浓度为0.05M下制备的碳酸钙棉花复合物于500℃下煅烧3h得到的具有棉花形貌的碳酸钙，其颗粒粒度小，颗粒间堆积形成的介孔可有效增加材料的比表面积。因此用该条件下制备出的碳酸钙吸附水溶液中的重金属铅和镉可以加快反应速度，缩短达平衡的时间并提高吸附容量。 溶液pH值是影响具有棉花形貌的碳酸钙吸附水体中铅和镉的重要因素，最佳pH值分别为5.5和6.5。在15℃-55℃范围内，随着温度的升高，铅和镉的吸附容量都增加，表明碳酸钙吸附重金属铅和镉是吸热过程。 吸附动力学研究结果表明，吸附铅和镉的平衡时间都较快，均为60min。吸附动力学均符合准二级动力学模型(R2Pb=0.9999，R2Cd=0.9999)。 吸附等温线研究结果表明，碳酸钙对铅和镉的吸附均符合Langmuir和Freundlich模型，但Langmuir模型拟合更佳(R2 Pb=0.9852，R2 Cd=0.9946)，对铅和镉的最大吸附容量分别为3347.02mg/g和110.87mg/g。 根据吸附前碳酸钙和吸附后产物的X射线粉末衍射图谱、扫描电镜和透射电镜图片及比表面积变化分析了材料吸附重金属Pb2+和Cd2+溶液的机理。碳酸钙材料吸附Pb2+的机理随起始pH的变化而变化，pH为2.5-5.5时为溶解-沉淀机理;pH在6.5-7.5之间会形成Pb2+的氢氧化物沉淀。碳酸钙材料吸附Cd2+的机理是在酸性条件下(pH＜7)高浓度Cd2+时溶解-沉淀，低浓度Cd2+时离子交换反应与表面络合;当溶液pH值大于等于7以后会形成Cd2+的氢氧化物沉淀。