有机改性吸附剂对水中高氯酸盐的吸附研究

论文摘要

高氯酸盐是一种新型持久性污染物,已经在我国广泛分布,并存在于饮用水和牛奶等中,对人体的健康构成了潜在的威胁。近年来,活性炭吸附法在处理高氯酸盐废水方面日益受到重视,但国内这方面的研究还很少,而桑枝粉和沸石来源广泛,价格低廉,对于两者在吸附高氯酸盐方面目前尚未见报道。本文采用十六烷基三甲基溴化铵对活性炭、桑枝粉和沸石进行改性,得到改性活性炭、改性桑枝粉和改性沸石三种有机改性吸附剂,并将三者应用于实验室模拟废水中高氯酸盐的吸附研究。考察了吸附时间、pH值、吸附剂投加量、溶液初始浓度等反应条件对三种改性吸附剂吸附废水中ClO4-的影响;测定了不同温度下的吸附等温线,采用Langmuir、Freundlich和Tempkin等温线模型对三种改性吸附剂吸附ClO4-的试验数据进行线性拟合;同时,采用准一级、准二级吸附速率模型、Elovich模型、Bangham模型、吸附外扩散和内扩散模型等对改性活性炭吸附ClO4-的吸附动力学进行模拟;对吸附机理也进行了探讨。结果表明:单纯活性炭、桑枝粉和沸石对水体中高氯酸盐的吸附效果较差,而经十六烷基三甲基溴化铵改性处理后的改性活性炭、改性桑枝粉及改性沸石对高氯酸盐的吸附效果显著提高,对1.0 mg/L ClO4-废水去除率由5%提高到95%以上。ClO4-的去除效果受溶液pH值影响很大,酸性环境有利于水中ClO4-的吸附,在pH值为3时,吸附效果最好,此时改性活性炭、改性桑枝粉和改性沸石对ClO4-的去除率分别为95%、100%和100%;ClO4-的去除率随着吸附剂投加量的增加而增大,当改性活性炭、桑枝粉和沸石用量分别为0.1 g/L、3.0 g/L和1.0 g/L时,ClO4-的去除率达最大值,分别为94%、96%和97%;ClO4-的吸附效果随着ClO4-初始浓度的减小而增大,当ClO4-初始浓度降到0.1 mg/L或更小时,三种改性吸附剂对ClO4-的去除率达100%;溶液中共存阴离子对改性吸附剂吸附ClO4-存在一定抑制作用,影响顺序为S2O32- > SO42- > Cl- > H2PO4-≈NO3-≈ClO3-。改性活性炭、改性桑枝粉和改性沸石是通过吸附剂表面季铵盐阳离子静电吸附去除ClO4-。对ClO4-吸附饱和的改性吸附剂可用NaCl等盐溶液或NaOH等碱溶液再生。改性活性炭、改性桑枝粉和改性沸石对水体中ClO4-的等温吸附符合Langmuir、Freundlich和Tempkin等温线模型。ClO4-在三种改性吸附剂上的吸附行为均为放热效应,在15℃到35℃温度范围内,降低温度有利于吸附的进行。改性活性炭对ClO4-的吸附动力学规律符合准一级、准二级、Elovich和Bangham模式。改性活性炭对ClO4-的吸附速率控制步骤由外扩散和内扩散模式联合控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究工作的背景与意义
• 1.1.1 水体中高氯酸盐污染及其来源
• 1.1.2 高氯酸盐污染的危害
• 1.2 含高氯酸盐废水处理技术
• 1.2.1 离子交换法
• 1.2.2 膜分离技术
• 1.2.3 化学修复法
• 1.2.4 生物修复技术
• 1.2.5 吸附法
• 1.3 高氯酸盐吸附剂的开发
• 1.3.1 活性炭
• 1.3.2 桑枝
• 1.3.3 沸石
• 1.4 本课题的研究意义和研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 有机改性吸附剂的制备及其对水中高氯酸盐的吸附研究
• 2.1 试验试剂、材料和仪器
• 2.1.1 试剂与材料
• 2.1.2 仪器
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 有机改性吸附剂的制备与表征
• 2.2.2 高氯酸根及其它阴离子的测定方法
• 2.2.3 有机改性吸附剂对水中高氯酸盐的吸附研究
• 2.2.4 有机改性吸附剂的再生方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 改性剂用量对活性炭、桑枝粉及沸石改性的影响
• 2.3.2 有机改性吸附剂的表征及其改性和吸附机理
• 4^- 的影响'>2.3.3 吸附时间对改性吸附剂吸附C1O₄^-的影响
• 4^- 的影响'>2.3.4 吸附剂投加量对改性吸附剂吸附C1O₄^-的影响
• 4^-初始浓度对改性吸附剂吸附C1O₄^- 的影响'>2.3.5 C1O₄^-初始浓度对改性吸附剂吸附C1O₄^-的影响
• 4^- 的影响'>2.3.6 溶液pH 值对改性吸附剂吸附C1O₄^-的影响
• 4^- 的影响'>2.3.7 溶液中共存阴离子对改性吸附剂吸附C1O₄^-的影响
• 2.3.8 改性吸附剂的脱附再生
• 2.4 本章小结
• 第3章 吸附热力学
• 3.1 等温吸附模型
• 3.1.1 Langmuir 模型
• 3.1.2 Freundlich 模型
• 3.1.3 Tempkin 模型
• 3.2 吸附等温线
• 3.3 本章小结
• 第4章 吸附动力学
• 4.1 吸附动力学模型
• 4.2 吸附动力学模拟
• 4.3 吸附速率控制步骤判断
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 详细摘要