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随着工业的快速发展,对Cr和Zn的需求量也在不断地增加。电镀Zn后铬酸盐处理工艺中排放的含有Cr和Zn的工业废水一旦排入环境中就会对环境和人类健康产生环境风险。因此,找寻可靠和经济的重金属去除方法越来越受到关注。近年来,为积极响应国家的环境保护政策,许多农业和林业的残余物被第二次利用。本文所采用的椰壳生物炭和杏壳生物炭就是林业残余物的二次利用。椰壳生物炭和杏壳生物炭因其具有较大的比表面积,孔径分布,从而提高了其吸附能力和吸附量。本研究采用不同的吸附剂探讨其在不同实验条件下对电镀行业含Cr和Zn废水的去除效果。通过室内试验表明其中去除性能较好的吸附剂对Cr和Zn吸附条件,并研究了不同因素对Cr和Zn去除的影响,如吸附剂的投放量、废水的pH、吸附时间和温度。主要结果如下:
(1)通过采用粉煤灰、椰壳生物炭、杏壳生物炭和壳聚糖—杏壳生物炭复合材料等四种不同的吸附剂对废水中的Cr进行了处理,实验结果表明:壳聚糖—杏壳生物炭复合材料吸附剂>杏壳生物炭吸附剂≥椰壳生物炭吸附剂>粉煤灰吸附剂。在不进行改性的条件下,椰壳生物炭吸附剂去除废水中Cr的去除率达到了80%。
(2)通过采用粉煤灰吸附剂、椰壳生物炭吸附剂和杏壳生物炭吸附剂三种不同的吸附剂对废水中的Zn进行吸附,对比吸附效果表明:杏壳生物炭吸附剂≥椰壳生物炭吸附剂>粉煤灰吸附剂。在不进行改性的条件下,杏壳生物炭吸附剂去除废水中Zn的去除率达到了95%。
(3)壳聚糖—杏壳生物炭复合材料去除废水中Cr是一种良好的吸附剂,在pH=5条件下,投放3g壳聚糖—杏壳生物炭复合材料吸附剂,吸附时间90min,对含初始浓度为20mg·L-1的Cr的废水的去除率达到95%,废水中Cr的剩余浓度为0.48mg·L-1,低于国家标准(GB25466—2010)要求的Cr浓度排放限值1.5mg·L-1。这是由于在酸性条件下H+会还原Cr6+为Cr3+,而此条件下生物炭主要吸附的是Cr3+。
(4)椰壳生物炭和杏壳生物炭吸附剂去除废水中Zn是一种良好的吸附剂,在pH=9条件下,投放2g椰壳生物炭吸附剂或者杏壳生物炭吸附剂,吸附时间30min,对含初始浓度为20mg·L-1的Zn的废水的去除率达到99%,废水中Zn的剩余浓度为0.21mg·L-1,远远低于国家标准(GB25466—2010)要求的Zn浓度排放限值1mg·L-1。这是由于在碱性条件下,Zn极易于与吸附剂中的含氧官能团发生络合反应形成稳定的络合物。
(5)从扫描电子显微镜(SEM)的图中分析得到:生物炭的颗粒粒径属于微米到毫米级别,同时能观察到生物炭属于多孔的蜂窝状结构,这极大地增加了其自身的比表面积,为吸附废水中的重金属提供了充足的物理条件。
(6)从X射线光电子能谱分析(XPS)的图谱上可以发现:实验后吸附剂上Cr的吸收峰的结合能在576~580eV之间,Zn的吸收峰的结合能在1040~1030eV之间,Cr和Zn都有明显的吸收峰,表明废水中的Cr和Zn被吸附到吸附剂上,这极有可能是由于吸附剂本身的含氧官能团与Cr和Zn发生络合反应引起的。
(7)在相同的条件下,杏壳生物炭比椰壳生物炭对Zn的吸附效果好。杏壳生物炭适用的pH范围比椰壳生物炭广。杏壳生物炭吸附剂在pH=5~9范围内皆可使废水中的Zn剩余浓度低于国家标准(GB25466—2010)要求的Zn浓度排放限值1.0mg·L-1,而椰壳生物炭吸附剂仅在pH=7~9范围内适用,因此壳聚糖——杏壳生物炭复合材料可以较好的去除电镀废水中Zn和Cr等污染物。
(1)通过采用粉煤灰、椰壳生物炭、杏壳生物炭和壳聚糖—杏壳生物炭复合材料等四种不同的吸附剂对废水中的Cr进行了处理,实验结果表明:壳聚糖—杏壳生物炭复合材料吸附剂>杏壳生物炭吸附剂≥椰壳生物炭吸附剂>粉煤灰吸附剂。在不进行改性的条件下,椰壳生物炭吸附剂去除废水中Cr的去除率达到了80%。
(2)通过采用粉煤灰吸附剂、椰壳生物炭吸附剂和杏壳生物炭吸附剂三种不同的吸附剂对废水中的Zn进行吸附,对比吸附效果表明:杏壳生物炭吸附剂≥椰壳生物炭吸附剂>粉煤灰吸附剂。在不进行改性的条件下,杏壳生物炭吸附剂去除废水中Zn的去除率达到了95%。
(3)壳聚糖—杏壳生物炭复合材料去除废水中Cr是一种良好的吸附剂,在pH=5条件下,投放3g壳聚糖—杏壳生物炭复合材料吸附剂,吸附时间90min,对含初始浓度为20mg·L-1的Cr的废水的去除率达到95%,废水中Cr的剩余浓度为0.48mg·L-1,低于国家标准(GB25466—2010)要求的Cr浓度排放限值1.5mg·L-1。这是由于在酸性条件下H+会还原Cr6+为Cr3+,而此条件下生物炭主要吸附的是Cr3+。
(4)椰壳生物炭和杏壳生物炭吸附剂去除废水中Zn是一种良好的吸附剂,在pH=9条件下,投放2g椰壳生物炭吸附剂或者杏壳生物炭吸附剂,吸附时间30min,对含初始浓度为20mg·L-1的Zn的废水的去除率达到99%,废水中Zn的剩余浓度为0.21mg·L-1,远远低于国家标准(GB25466—2010)要求的Zn浓度排放限值1mg·L-1。这是由于在碱性条件下,Zn极易于与吸附剂中的含氧官能团发生络合反应形成稳定的络合物。
(5)从扫描电子显微镜(SEM)的图中分析得到:生物炭的颗粒粒径属于微米到毫米级别,同时能观察到生物炭属于多孔的蜂窝状结构,这极大地增加了其自身的比表面积,为吸附废水中的重金属提供了充足的物理条件。
(6)从X射线光电子能谱分析(XPS)的图谱上可以发现:实验后吸附剂上Cr的吸收峰的结合能在576~580eV之间,Zn的吸收峰的结合能在1040~1030eV之间,Cr和Zn都有明显的吸收峰,表明废水中的Cr和Zn被吸附到吸附剂上,这极有可能是由于吸附剂本身的含氧官能团与Cr和Zn发生络合反应引起的。
(7)在相同的条件下,杏壳生物炭比椰壳生物炭对Zn的吸附效果好。杏壳生物炭适用的pH范围比椰壳生物炭广。杏壳生物炭吸附剂在pH=5~9范围内皆可使废水中的Zn剩余浓度低于国家标准(GB25466—2010)要求的Zn浓度排放限值1.0mg·L-1,而椰壳生物炭吸附剂仅在pH=7~9范围内适用,因此壳聚糖——杏壳生物炭复合材料可以较好的去除电镀废水中Zn和Cr等污染物。