Characterization and Mechanism of Cr(Ⅵ) Removal from Aqueous Solutions by Rice Straw

论文摘要

为实现农业废料资源化,解决水体Cr（VI）污染的问题,研究了稻草秸秆对水中Cr（VI）的去除效果及去除机理.实验考察了pH,温度,溶液初始Cr（VI）浓度以及稻草秸秆粒径大小对吸附效果的影响,进而确定了稻草秸秆去除Cr（VI）的最佳条件.结果表明,在pH2.0,温度47℃时,稻草秸秆对Cr（VI）的吸附效果最好,在48h内可将100mg·L-1的Cr（VI）完全去除. Cr（VI）的去除过程中伴随着Cr（III）的出现,说明稻草不仅可以将Cr（VI）从溶液中去除,而且还可将其转化成低毒的Cr（III）.溶液pH的上升说明Cr（VI）的去除需要消耗溶液中大量的H+.利用酒石酸对稻草进行化学改性,研究稻草细胞壁表面的羧基基团在对溶液中Cr（VI）的去除过程中所起的作用,经酒石酸改性后的稻草对溶液中Cr（VI）的去除速率明显加快,在24h内即可达到反应的平衡.然而,对稻草进行酯化反应改性后,Cr（VI）的去除速率明显降低,尤其是初始的去除速率,但是Cr（VI）仍然可以完全从溶液中被去除.这个结果表明:稻草细胞壁表面的羧基基团对于Cr（VI）的去除起着关键性的作用,但并不是唯一因素.热力学研究结果表明:实验数据更符合朗哥缪尔吸附等温式且稻草对Cr（VI）的最大吸附量可以达到3.15 mg/g,与文献对比有了较大的提高.为确定稻草去除溶液中Cr（VI）的机理,使用去离子水、0.5 M H2SO4、1 M NaOH三种洗提液对已达吸附平衡的稻草进行脱附处理,以确定吸附在稻草细胞壁表面的铬的价态.去离子水和0.5 M H2SO4仅能洗提出Cr（III）,而1 M NaOH可同时洗提出Cr（VI）和Cr（III）.由此,我们推测出稻草去除溶液中Cr（VI）的可能机理是一个由Cr（VI）到Cr（III）的还原反应,在这个还原反应中,溶液中H+的浓度是一个关键性的参数.

论文目录

• Abstract
• 摘要
• Chapter 1 Heavy metal pollution and disposal methods
• 1.1 Heavy metal pollution
• 1.2 Conventional methods for heavy metal removal from industrial effluents
• 1.3 Biosorption
• 1.3.1 Advantages
• 1.3.2 Disadvantages
• 1.4 Development of biosorbent
• 1.5 Cell surface sorption
• Chapter 2 Studies of metal disposal mechanism using non-living biomaterials
• 2.1 Chemical modification of functional group on the biomass
• 2.2 Biosorption equilibrium isotherm models
• 2.3 Mechanisms of the removal of hexavalent chromium by biomaterials
• Chapter 3 Characterization and mechanism of Cr（VI） removal from aqueous solutions by rice straw
• 3.1 Introduction
• 3.2 Materials and Methods
• 3.2.1 Samples and reagents
• 3.2.2 Batch experiments and isotherm studies
• 3.2.3 Desorption of chromium loaded on the biomass
• 3.2.4 Analysis
• 3.3 Results and discussion
• 3.3.1 Effect of pH
• 3.3.2 Effect of initial Cr（VI） concentration
• 3.3.3 Effect of temperature
• 3.3.4 Effect of straw particle sizes
• 3.3.5 Cr（VI） removal under standard conditions
• 3.3.6 Effect of N03- on Cr（VI） removal
• 3.3.7 Effect of 5042- on Cr（VI） removal
• 3.3.8 Effect of modifications on carboxyl groups
• 3.3.9 Isotherm studies
• 3.3.10 Desorption of chromium loaded on the biomass
• 3.3.11 The possible mechanism of removal of Cr（VI） by rice straw
• Conclusion
• Reference
• Acknowledgements
• Appendix Articles published during the study for Master’s Degree