表面活性剂改性活性炭对亚甲基蓝和镉离子的吸附研究

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印染废水中含有大量的染料、重金属、表面活性剂等污染物,且排放量大,严重影响水环境健康。吸附法是处理印染废水的一种操作简单、无二次污染的环保技术,为提高活性炭对污染物的吸附能力,学者们研究了各种活性炭改性技术。其中有关表面活性剂浸渍改性活性炭的研究表明,改性后的活性炭能增强特定污染物的去除率,提高吸附量。研究表面活性剂改性活性炭吸附染料和重金属,对吸附法处理印染废水提供了一种新思路。本文采用三种表面活性剂作为改性剂(阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SLS)、十二烷基磺酸钠(SDS)、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB))对粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)进行改性,研究吸附剂对亚甲基蓝(MB)、重金属镉离子(Cd(Ⅱ))的吸附性能与机理。通过改性条件的正交实验,确定了最佳改性条件:改性时间4 h、反应温度28℃、改性剂浓度为1 CMC。本文首先研究了阴/阳离子表面活性剂改性后的粉末活性炭用于MB染料废水的吸附。研究了其从水溶液中去除MB的可行性,确定了影响吸附的各种参数,如溶液初始p H值、吸附剂用量、初始染料浓度、反应时间、实验温度和共存离子等,模拟了在实际水样中吸附剂对MB的吸附效果。本章通过吸附动力学、吸附等温线和热力学分析模型探究吸附机理。结果表明:阴离子表面活性剂改性能明显改善活性炭(SLS-PAC)对MB的吸附性能,而阳离子表面活性剂改性则降低了活性炭(CTAB-PAC)对MB的吸附量。吸附反应在120 min时达到平衡,吸附量随着p H的增加而增加。吸附过程是吸热的、自发的。吸附过程更符合拟二级动力学模型(化学吸附)和Langmuir等温吸附模型(单层吸附)。通过Langmuir等温吸附模型拟合得到SLS-PAC对MB的理论最大吸附量为232.5 mg.g-1,而Virgin-PAC对MB的理论最大吸附容量为153.7 mg.g-1。MB与其他离子的竞争吸附实验表明,Na+、K+、Ca2+、NH4+、Mg2+这些阳离子对吸附的影响可以忽略不计(<5%),NO2-离子的存在显著提高了吸附性能,而Fe2+离子对MB的去除有抑制作用。同时SLS-PAC在模拟废水和实际水样中对MB均有较好的吸附效果。为了研究不同活性炭材料对改性效果的影响,本文将阴/阳表面活性剂改性四种颗粒活性炭(果壳、木质、煤质、椰壳)用于水溶液中Cd(Ⅱ)的吸附。探究了不同实验条件、干扰离子共存体系对吸附Cd(Ⅱ)效果的影响。实验表明:椰壳活性炭能更好吸附Cd(Ⅱ),且粒径越小,吸附量越大。经阴离子表面活性剂改性的活性炭(SLS-GAC)能显著改善对Cd(Ⅱ)的吸附性能,而阳离子表面活性剂(CTAB-GAC)对Cd(Ⅱ)的吸附有抑制作用。在反应时间300 min,反应温度25℃,初始p H为8,吸附剂用量1 g.L-1的条件下,改性活性炭对Cd(Ⅱ)的吸附量为9.35 mg.g-1,是未改性活性炭吸附量的1.8倍。SLS-GAC对Cd(Ⅱ)的吸附是吸热反应。吸附过程更符合拟二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。Na+、K+离子的存在对SLS-GAC吸附Cd(Ⅱ)有一定的影响,且Na+/K+双离子体系会增强这种抑制影响。通过SLS-GAC在实际水样中对Cd(Ⅱ)的吸附,证明了离子的存在对Cd(Ⅱ)的吸附的负面影响。实际印染废水中染料和重金属同时存在,除了研究吸附剂对单一目标污染物的吸附特性外,有必要研究吸附剂对两种目标污染物同步吸附的特性。因此,进行了SLS-GAC在二元体系下同步吸附MB和Cd(Ⅱ)的实验,发现改性活性炭对MB的吸附不受Cd(Ⅱ)存在的影响,但MB的存在却抑制了对Cd(Ⅱ)的吸附。当MB浓度为最大值100 mg.L-1时,Cd(Ⅱ)在二元体系中的吸附量仅为一元体系中的37.3%。研究表明SLS改性的活性炭对MB及Cd(Ⅱ)均有较好的吸附性能。本文研究结论为制备一种的环境功能性材料处理印染废水提供了思路。
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