荷叶吸附水体中亚甲基蓝和碱性品红的研究

论文摘要

染料废水直接排放到水体中,会造成水体环境的污染。低成本的生物质材料荷叶被首次用作吸附剂,去除水溶液中的阳离子染料。通过研究荷叶对亚甲基蓝和碱性品红的批处理吸附实验和动态柱吸附实验,探讨荷叶吸附亚甲基蓝和碱性品红的能力。本文首先讨论了吸附时间、吸附剂浓度、pH值、盐离子浓度、染料初始浓度以及温度对荷叶吸附亚甲基蓝和碱性品红的影响。批处理实验结果表明：荷叶对亚甲基蓝和碱性品红的吸附平衡时间为4 h,吸附剂的用量为1 g/L；温度为293 K时,荷叶对亚甲基蓝和碱性品红的饱和吸附量分别为221.7 mg/g和117.5mg/g。随着染料溶液中盐离子浓度增加,荷叶对这两种染料的吸附量均下降,而且Ca2+的影响要比Na+严重。在293～313 K温度范围内,随温度的升高,荷叶对亚甲基蓝和碱性品红的吸附量均增加；用Langmuir、Freundlich、Temkin、Koble-Corrigan、Redlich-Peterson等温线模型对荷叶吸附亚甲基蓝和碱性品红的实验数据进行非线性拟合分析,结果显示：Langmuir、Temkin等温线模型能很好地描述荷叶对亚甲基蓝的吸附过程,荷叶对碱性品红的吸附符合Langmuir、Freundlich、Redlich-Peterson等温线模型。吸附热力学结果说明：在293～313 K温度范围内,荷叶吸附亚甲基蓝和碱性品红的Gibbs自由能变化△G分别为-25.67、-26.57、-27.74kJ/mol和-24.28、-25.16、-27.28kJ/mol,吸附过程是以化学吸附为主的自发、吸热过程,升高温度有利于吸附的进行。荷叶对亚甲基蓝和碱性品红的动力学研究结果表明,这两个吸附过程均符合准二级吸附动力学方程,吸附过程由膜扩散和颗粒内扩散联合控制。其次,在动态柱吸附实验中,分别讨论了进料流速、进料浓度和床层高度对荷叶吸附亚甲基蓝和碱性品红穿透曲线的影响。基于固定床吸附的实验结果,利用Thomas和Yoon-Nelson方程对吸附穿透曲线数据进行拟合,Thomass和Yoon-Nelson模型均可以较好地描述荷叶对亚甲基蓝和碱性品红的吸附。利用BDST模型可以预测不同床层高度时的理论穿透时间和吸附附饱和时间,均与荷叶吸附亚甲基蓝和碱性品红的实验所得数据一致。利用比表面分析仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜、差热分析仪等现代分析技术对荷叶进行结构表征,研究了荷叶吸附染料前后的微观结构变化,为更加深入理解荷叶吸附染料机理提供理论依据。本文的研究结果表明荷叶对亚甲基蓝和碱性品红有很好的去除能力,廉价的农业废料荷叶将是一种很有潜力生的物质吸附剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 综述
• 1.1 概述
• 1.2 染料废水来源
• 1.3 染料废水的特点
• 1.4 染料废水的危害
• 1.5 染料废水治理技术
• 1.5.1 沉淀法
• 1.5.2 膜分离
• 1.5.3 氧化法
• 1.5.4 生化法
• 1.5.5 吸附法
• 1.6 吸附法处理染料废水的研究进展
• 1.6.1 活性炭吸附剂
• 1.6.2 粘土吸附剂
• 1.6.3 工业废物吸附剂
• 1.6.4 农业废料吸附剂
• 1.7 选题意义
• 2 荷叶对亚甲基蓝的吸附研究
• 2.1 概述
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 荷叶预处理
• 2.2.4 实验方法和分析方法
• 2.2.4.1 荷叶对亚甲基蓝的批处理吸附实验
• 2.2.4.2 荷叶对亚甲基蓝的动态吸附实验
• 2.3 荷叶对亚甲基蓝批处理吸附结果与讨论
• 2.3.1 吸附时间对吸附的影响
• 2.3.2 吸附剂用量对吸附的影响
• 2.3.3 pH值对吸附的影响
• 2.3.4 盐离子浓度对吸附的影响
• 2.3.5 在不同温度下染料初始浓度对吸附的影响
• 2.3.6 荷叶吸附亚甲基蓝等温线研究
• 2.3.7 荷叶吸附亚甲基蓝的热力学参数计算
• 2.3.8 荷叶吸附亚甲基蓝动力学研究
• 2.3.9 荷叶吸附亚甲基蓝活化能计算
• 2.4 荷叶对亚甲基蓝的动态吸附结果与讨论
• 2.4.1 流速对穿透曲线的影响
• 2.4.2 亚甲基蓝溶液初始浓度对穿透曲线的影响
• 2.4.3 荷叶吸附柱高度对穿透曲线的影响
• 2.4.4 Thomas模型的应用
• 2.4.5 Yoon-Nelson模型的应用
• 2.4.6 BDST模型的应用
• 2.5 小结
• 3 荷叶对碱性品红的吸附研究
• 3.1 概述
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验试剂
• 3.2.3 荷叶预处理
• 3.2.4 实验方法和分析方法
• 3.2.4.1 荷叶对碱性品红的批处理吸附实验
• 3.2.4.2 荷叶对碱性品红的动态吸附实验
• 3.3 荷叶对碱性品红批处理吸附结果与讨论
• 3.3.1 吸附时间对吸附的影响
• 3.3.2 吸附剂用量对吸附的影响
• 3.3.3 pH值对吸附的影响
• 3.3.4 盐离子浓度对吸附的影响
• 3.3.5 在不同温度下染料初始浓度对吸附的影响
• 3.3.6 荷叶吸附碱性品红等温线研究
• 3.3.7 荷叶吸附碱性品红的热力学参数计算
• 3.3.8 荷叶吸附碱性品红动力学研究
• 3.3.9 荷叶吸附碱性品红活化能计算
• 3.4 荷叶对碱性品红的动态吸附结果与讨论
• 3.4.1 流速对穿透曲线的影响
• 3.4.2 染料初始浓度对穿透曲线的影响
• 3.4.3 荷叶吸附柱高度对穿透曲线的影响
• 3.4.4 Thomas模型的应用
• 3.4.5 Yoon-Nelson模型的应用
• 3.4.6 BDST模型的应用
• 3.5 小结
• 4 荷叶的表征及分析
• 4.1 主要实验仪器
• 4.2 比表面积和孔径（BET）
• 4.3 FTIR分析
• 4.4 扫描电镜（SEM）
• 4.5 差热分析
• 4.6 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读硕士研究生期间发表的论文