改性小麦秸秆生物炭对水中Cr（Ⅵ）的吸附性能.doc

改性小麦秸秆生物炭对水中Cr（Ⅵ）的吸附性能
摘要:以小麦秸秆为原料,通过高温热解和硝酸改性得到小麦秸秆生物炭吸附材料,将其应用于水中重金属六价铬[Cr(Ⅵ)]的处理,研究改性时间、溶液初始pH值、投加量对吸附效果的影响,并采性能。
改性前后小麦秸秆生物炭吸附效果的比较
称取一定质量小麦秸秆生物炭吸附剂,分别加入盛有50 mL Cr(Ⅵ)溶液(质量浓度为100 mg/L)的锥形瓶中,在25 ℃、150 r/min水浴恒温振荡器内吸附24 h,考察2种小麦秸秆生物炭用量对Cr(Ⅵ)吸附效果的影响。由图2可知,%,并且在12 h左右可以达到吸附平衡,而改性前小麦秸秆生物炭的最大吸附率只有20%。由以上结果可以看出,经过硝酸改性后的小麦秸秆生物炭的吸附性能有了明显提高,因此选取改性后的小麦秸秆生物炭进行深入研究。
改性小麦秸秆生物炭的吸附性能
吸附条件的影响 、、、、、 g改性小麦秸秆生物炭,分别加入盛有50 mL Cr(Ⅵ)溶液(质量浓度为 100 mg/L) 的锥形瓶中,在25 ℃、150 r/min水浴恒温振荡器内吸附4 h。如图3所示, g时,Cr(Ⅵ) %; g时,吸附率基本不再提高。因此可见, g。 溶液的初始pH值是影响吸附剂对重金属吸附效果的最活跃因素,在吸附过程中不仅影响吸附剂的表面性质,还能决定金属离子在溶液中的存在形态。 mol/L mol/L KOH将Cr(Ⅵ)、、、、、,Cr(Ⅵ)的质量浓度为100 mg/L, g改性小麦秸秆生物炭,在25 ℃、150 r/min水浴恒温振荡器内吸附12 h,考察初始pH值对Cr(Ⅵ)吸附效果的影响。从图4可以看出,当pH值为3的时,吸附率最大,随后吸附率随着pH值的增加而降低。这是由于当溶液的pH值较低时,生物炭表面的正电荷增多,溶液中以阴离子形态存在的Cr(Ⅵ)与材料间的作用加强,从而增强了小麦秸秆生物炭对Cr(Ⅵ) 的吸附作用。
吸附动力学 吸附动力学通常是用来描述吸附速率快慢的,它与吸附时间密切相关。吸附动力学可用Lagergren准一级反应速率方程、Lagergren准二级反应速率方程、颗粒内扩散模型及Elovich方程对改性秸秆处理含铬废水的数据进行拟合,并求得动力学吸附常数[14-15]。
由图5可以看出,各时段改性后的小麦秸秆吸附量均比改性前的高;改性小麦秸秆在0~24 h的吸附量随着时间的增加而呈上升趋势,而未改性小麦的整体变化不大, mg/g。
吸附动力学拟合曲线如图6所示。由表1可以看出,,与试验数据没有表现出良好的相关性,并且理论吸附平衡量与实际平衡吸附量间相差较大;,且理论吸附平衡量与实际平衡吸附量相当。因此可见,准一级动力学模型更能反映改性秸秆对Cr(Ⅵ)的吸附。
图7为颗粒内扩散方程、Elovich方程的拟合结果。由表2中的拟合参数可以看出,试验数据对Elovich模型的拟合度不高(R=)。,显著性水平较高,,说明吸附过程伴随着颗粒内扩散;模型中的斜率即Kd,用来说明内部扩散的进行速度。结合吸附曲线和4种动力学模型拟合分析的结果可知:用改性秸秆制成的生物炭对Cr(Ⅵ) 的吸附为物理作用控制的物理吸附过程。
吸附等温线 为了进一步探讨改性小麦秸秆生物炭对Cr(Ⅵ)的等温吸附特征,分别采用2种典型的等温吸附模型(Langmuir和Freundlich)对等温吸附数据进行拟合。Langmuir模型模拟的是均质表面上的单分子层吸附过程,吸附剂表面具有数量有限且完全相同的吸附位点,被吸附的离子间无相互作用,吸附过程不会发生离子在吸附剂表面上的迁移[16];Freundlich模型模拟的是非均质表面上的化学吸附过程,且随着离子初始浓度的增大,吸附剂对离子的吸附量无限增大[17]。相应的公式如下:
g吸附剂,分别加入含有50 mL质量浓度为20、50、80、100、150、200、250、300 mg/L的Cr(Ⅵ) 溶液的锥形瓶中,封口后置于变频振荡器中,在常温下振荡,转速为150 r/min,振荡12 h后过滤稀释,测其质量浓度。