【摘 要】
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针对工业废水中 Cr(VI)污染日益严重,而大量农林废弃物没有得到有效利用的情况,本文采用 ZnCl2和 K2CO3活化法制备桉树基活性炭,编号分别为 Zn-AC和 K-AC。结合单因素实验与
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针对工业废水中 Cr(VI)污染日益严重,而大量农林废弃物没有得到有效利用的情况,本文采用 ZnCl2和 K2CO3活化法制备桉树基活性炭,编号分别为 Zn-AC和 K-AC。结合单因素实验与正交实验结果分析,确定 Zn-AC吸附剂的最佳制备条件为:活化温度为500℃、浸渍比为2:1、活化时间为60min。在此条件下制得的 Zn-AC吸附剂的得率为37.03%,碘吸附值为1417mg·g-1,亚甲基蓝吸附值为294.12mg·g-1,铬吸附值为145.53mg·g-1。K-AC吸附剂的最佳制备条件为:活化温度为800℃、活化时间为100min、浸渍比为2:1。在此条件下制得的 K-AC吸附剂的得率为46.75%,碘吸附值为1421mg·g-1,亚甲基蓝吸附值为223.12mg·g-1,铬吸附值为148.62mg·g-1。 对活性炭的微观结构进行表征发现, Zn-AC的比表面积为1813m2·g-1;K-AC的比表面积为1880m2·g-1。活化后活性炭表面光滑、无沉积物,表面充满了不同大小和形状的孔隙结构,较桉树原料尺寸增大、数量增多。两种活性炭表面含有大量的羧基、羟基、内酯基和胺基等化学基团。活性炭属于无定形炭但又具有局部石墨化的趋势。 通过静态吸附实验研究了桉树基活性炭对 Cr(VI)的吸附机理,主要结论如下:(1)在pH=2、吸附时间12h、活性炭投加量为0.1g、初始浓度为300mg·L-1时,Zn-AC和 K-AC的吸附量分别为145.53mg·g-1、148.62mg·g-1。活性炭的投加量越大,单位质量活性炭的吸附量越小;Cr(VI)初始浓度越大,吸附量越大。(2)准二级动力学模型能更好地描述 Cr(VI)在桉树基活性炭上的吸附行为,且吸附在12h内基本可以达到平衡,吸附过程以物理吸附为主。Cr(VI)在 Zn-AC与 K-AC吸附剂孔隙中的扩散不是唯一的速率控制步骤,可能有多个步骤共同控制该吸附过程。(3)两种活性炭对Cr(VI)的吸附数据与Langmuir模型拟合最好,桉树基活性炭对固液体系的缓冲能力强,桉树基活性炭对Cr(VI)的吸附属于单层吸附,是物理性质的、自发的、吸热的,吸附过程包含物理吸附、化学吸附和络合作用,即吸附主要推动力可能包括范德华引力、化学键力、静电引力、氢键力、配位基交换以及偶极间作用力。 选择 Zn-AC吸附剂作为范例,采用响应面法设计正交实验,研究温度、pH值、Cr(VI)初始浓度、投加量之间的交互影响,根据建立的吸附模型预测得出 Zn-AC吸附剂吸附 Cr(VI)的最佳工艺条件为:温度27.44℃, pH=2.01, Cr(VI)初始浓度378.70mg·L-1,活性炭投加量2.43g·L-1,预测去除率可达99.99%,通过吸附验证实验实际测得 Cr(VI)的去除率为99.35%。
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