改性椰壳生物炭对水体苯酚吸附效应研究.pdf

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改性椰壳生物炭对水体苯酚吸附效应研究林秀春,李善红,黄晓丹牧嫌敕椒、,、】哪..骸欤星:皇坚海翌::::篞堑堡堕耋亘婴丛堂广东化工年第第卷总第潲要】采用酸碱、混合溶液两种方法对椰壳生物炭进行改性,设置不同盐度、温度、、瘸殖酸、反应时间等理化条件,研量苯酚废水,世界各国己将其列为优先控制污染物之薄D壳埃我国污水处理工艺还不能完全去除苯酚,该类污染物已经在越来生物炭、纳米碳管、膨润土等。其中生物炭是椰子壳、桔梗、水体中的有机物、胶体物质、重金属等有机污染物、溶解性污染物均有很强的吸附能力苯酚的改性效果及影响机理已有一些报道,杨建利探讨了不同条吸附机制包括分配作用和表面吸附作用川;高秀红等研究不同热等研究水稻壳生物炭对低浓度苯酚有较强的吸附作用浚焕钲诤炭吸附苯酚和对硝基苯酚的吸附行为及吸附机常理化条件下对水体苯酚的吸附效应,研究结果可为椰壳生物炭的进一步应用提供参考。表锾坎问壅坌堑丝堕堕堕丛婴查坌笾壅医丛翁镅г夯肪秤肷锕こ萄г海=ㄊ⌒滦臀廴疚锷纠硇вτ肟刂浦氐闶笛槭遥=ㄆ翁究改性挪壳生物炭吸附苯酚的效应,并进行吸附动力学研究。结票表明,两种教性椰壳生物炭对水体中苯酚的吸附效果均比未改性好,吸附速率更快。盐度和温度升离均可促进生物炭对水体中苯酚的吸附;在籰坑鹉诒浠锾慷员椒拥奈搅肯仍龊蠼担桓乘岫晕接跋不大。改牲生物炭吸附苯酚废水的最佳理化条件为:盐度ィ露妫琾为酸性或中性。吸附动力学分析结果表明伪二级动力学模型能更好拟合改性榔壳生物炭对苯酚的吸附。『关键词男砸巧锾浚槐椒樱晃;,甌苯酚是高毒物质,被广泛应用于工业、医疗等领域,产生大越多的环境水体中被检测到N椒ㄊ侨コ永辔镏首罹糜效的方法,成本低、效率高,吸附材料也很多样,包括活性炭、锯末等生物质原料,在缺氧的条件中,发生不完全燃烧反应形成的产物,一般为多孔结构,比表面积大,吸水吸气能力洹生物炭吸附法成本低、材料易得、环境友好、工艺简单、操作方便,是工企业废水处理的首选之一。利用生物炭吸附水体中件奔洹⒂昧俊⑽露群蚿对双氧水、改性秸秆炭吸附苯酚性能的影;药星星利用玉米秸秆活性炭对吸附苯酚废水进行了研究【宦矸娣娴韧ü票赣衩仔旧锾⒚藁ń秆磁性生物炭吸附对硝基苯酚,结果认为溶液值对吸附有影响;共沉淀法制备的磁性生物炭具有较高的磁性强度,在外加磁场作用下能快速实现固液分离;生物炭对水中对硝基苯酚的解温度下的花生壳生物炭对对硝基苯酚溶液的吸附能力【徽庞研究认为,氮掺杂生物炭可以通过孔隙扩张来促进物理吸附,以及氮掺杂形成的官能团来促进化学吸附,从而有效去除水体中的苯酚【】。柳兰琪研究了不同制备、改性方法获得的松树锯末生物俊8髦掷丛瓷物炭的理化性能不同、效应不同,椰壳生物炭吸附苯酚的报道比较少。本研究比较两种改性方法制备的椰壳生物炭材料,在不同实验材料本实验采用巩义华康水处理材料有限公司的椰壳生物炭,以进口的优质椰子壳为原料,在嫦赂稍铩⑻炕缶萍庸ざ成,外观为黑色细小颗粒,吸附性能强,一般优于其他材质生物炭,可食用级别,安全高效无污染。比表面积、孔隙发达度是体现吸附能力的重要特性,该生物炭比表面积是竹炭或者木炭的倍,硬度较大,不易碎,重量稳定,保存良好,水分含量少,灰分低,去离子水反复清洗后烘干,灰分接近于鹣钅縘福建省科技厅自然基金项目型挤掷嗪臸.【文献标识码】【文章编号】.——,疐產:籶籥崭迦掌凇—髡呒蚪閉林秀春,女,莆田人,硕士研究生,主要研究方向为污染生态学。琇,琍:—瓸,琾...甀畉瓾:ィ畉℃.·—兰
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一籋妹恕%%去黠率咣吸吸附量姒去雎卓贗峁敕治慨蔷雕蹦慨璐柏揣蛾舱腿犯料牌蚌隅咣玳年第第卷总第东化温振荡器温度为℃,恒温振荡∈保〕龇锤辞逑粗林行裕振荡∈保〕龇锤辞逑粗林行裕℃下干燥至恒重,锾浚逑醇副楹蠓湃敫稍锵浜娓芍梁阒兀米锤男样品及两种改性椰壳生物炭稟、/椒尤芤海嫣跫潞阄抡竦再利用奈⒖茁四す搜罚艘褐斜椒优ǘ仍诓ǔの氯化钠浓度梯度设置为、ィ籶...式中:I锾课奖椒拥牧浚次搅/;为水设置其他外界条件一致,、檠肪谋淦溲味龋加,促进幅度逐渐减小,在ァブ湓龀で魇苹郝裕从而发生化学吸附俊8男院螅锾勘砻娉仕嵝裕琋募入使得苯酚溶液中电解质增加,削弱了生物炭与苯酚之间的静电图味榷愿男陨锾课叫Ч挠跋随之增大,两组生物炭在~℃之间变化不大,,调节水浴恒在嫦赂稍镏梁阒亍E渲肗疞蚇混合溶液将干燥后的生物炭放至其中,在℃,调节为嫣跫潞阄抡竦∈保锾恐糜的蒷疞旌先芤褐校嫦潞阄振荡小时,反复清洗,在嫦赂稍镏梁阒豙”亲鲅稡。.锤男陨锾康拇称取生物炭就是对照样品改性生物炭吸附实验分别将添加到时采用紫外分光光度计测定吸光度,对照标准曲线进行测定。为研究盐度、温度、、腐殖酸对吸附的影响,、.晃露确直鹕栉妗妗妗妗妫殖酸添加量分别设置为/N蕉ρ验在常温下,设定振荡时间为N<跎偈笛槲蟛睿瓒ㄈ平行样品,实验结果取平均值。:I锾康闹柿。去除率计算:式中:K逯斜椒尤コ%籔为加入生物炭前的苯酚浓度癵/籔为加入生物炭后的苯酚浓度/.蕉ρЪ扑伪一级动力学模型计算:。一籯。式中:N7从ζ胶馐钡奈饺萘/;J奔鋞时的吸附容量痝籏,为伪一级动力学吸附常数。伪二级动力学模型计算:附容量痝籏N倍抖ρ匠J不同改性生物炭对苯酚的吸附效果对比将改性后的椰壳生物炭酸碱法组/旌溶液法隣组锤男陨锾在相同的条件中进行对苯酚的吸附实验。吸光度越小说明被测溶液苯酚浓度越低,也就是说被生物炭吸附的苯酚量越大。实验结果显示三种生物炭对苯酚的吸附去除率从大到小分别为.%.%,其中,槎水体中苯酚的吸附效果最好,樾Ч浯危锤男陨锾康娜除率最小,说明两组椰壳生物炭均改性成功。不同盐度对生物炭吸附苯酚的效果影响其盐度对改性生物炭的吸附效果如图J笛榻峁允荆味鹊增加有助于生物炭对苯酚的吸附,樯锾慷员椒拥娜コ蚀.%增加到.%,樯锾慷员椒拥娜コ蚀ピ长到.%,樯锾慷员椒拥娜コ蚀ピ龀さ.%,总言之,盐分浓度增加对生物炭的吸附量有积极促进作用,三组生物炭都是在ブ湫Ч冉厦飨裕孀叛味鹊脑适当的提高盐度可以有效地增加吸附量,在实际中,生物炭吸附处理苯酚废水时应将盐度设置在ノR恕樯锾浚峒钊芤航荩锾勘砻婊曳旨跎佟⒈缺面积增大,吸附性能增强,从而提高生物炭对水体中苯酚的吸附量。多人研究过酸碱处理法,其改性机理是,酸溶液浸泡使生物炭表面附着其生物炭表面附着,碱溶液浸泡是用〈鶫斥力,苯酚易接触生物炭表面,达到吸附效果【。盐度在プ右几乎达到最大吸附量,当超过ナ保孀叛味鹊牟欢显黾樱分子间的疏水性加强,在生物炭表面易发生絮凝或沉淀现象,所以,盐度过高对生物炭吸附苯酚没有太大的促进作用。喁盐度%煌露榷陨锾课奖椒拥男Ч跋温度是外界易变条件之一,也是各种实验的重要影响因素。温度对吸附效率影响较大,在液相中的影响会比气相中的小,一般需要考虑反应过程的吸热类型。在本实验中,不同温度条件下,、樯锾慷运逯斜椒拥奈角魇迫缤。图逦显示,三组生物炭的吸附量均随着温度的升高而增加,去除率也于稳定。樯锾克孀盼露鹊纳呷コ什欢显龃螅媸保去除率接近于%。温度增高有利于苯酚扩散,增加吸附速率,经振荡吸附后,吸附量达到较大程度,若吸附时间增加反而会加快解吸速度。实验结果显示,在冢露壬呖纱俳锾课奖酚,但~℃之间促进效果不明显,结合成本,建议温度控制在℃左右俊I锾恳话惴⑸锢砦胶突搅街智榭觯温度升高会促进生物炭对苯酚的吸附,说明该反应是吸热反应,溶质在溶剂中更易溶解,所以,提升温度可提高生物炭对苯酚的吸附能力。不同对生物炭吸附苯酚的效果影响口嵊跋烊芤旱男翁部赡芑嵊跋焐锾吭谒芤褐械男质、活性,适当地控制溶液臼茉黾由锾康奈搅浚岣弑酚的去除率。从图锌梢悦魅返贸觯珺组生物炭经改性后,溶液值在笥胰コ首罡撸搅孔畲螅琾翟之间吸附量逐渐增加,时的苯酚去除率达到.%,吸附效果最好。值在笥殖氏陆登魇疲湓蚩赡苁牵碱性条件下,生物炭表面的金属离子形成了沉淀物或络合物,影响生物炭表面基团的活性,有些物质将生物炭孔隙堵塞,造成生物炭吸附能力下降。樗峒罡男陨锾吭趐浠形搅坎甮甤疞温度℃∞、鬯刺苦昏錾斛篮咐.’!—●一ハピ篮∞加柏世删基譬~一,、’
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燃嚣嚣一:畸嚣%圭除率慨瞒慨矾蛾%■■■诹腿碳锅蓐::垡:旦:荩卫广东化工年第第卷总第对改性生物炭吸附效果的影响强。混合溶液改性生物炭中善鸬搅酥匾W饔茫减少了生物炭对苯酚的吸附量,说明较两组生物炭,腐殖图乘岫愿男陨锾课叫Ч挠跋表锾课奖椒拥亩ρP湍夂鲜萁峁豪:翌垒:豪:尘垒::动和槔嗨疲~噬仙魇疲~氏陆登魇疲廊皇窃笥业奈叫Ч詈谩组未改性生物炭在为蔽叫Ч尤佳,几乎没有变动,而窒陆怠苯酚废水一般呈弱酸性,在酸性条件下苯酚几乎是分子形式,不易与水结合,生物炭表面的亲水性加快了对苯酚的吸附;碱性条件下的苯酚多是离子形式,易溶于水,生物炭与苯酚之间产生了排斥力,故生物炭对苯酚的吸附就更少了可见对生物炭的影响是一个重要因素,其表面性质、电荷、活性等均产生了一定的影响。较低时,生物炭表面存在大量的,阻挡了生物炭对苯酚的吸附,随着增大,到接近于中性时,附着于生物炭表面的逐渐褪去,炭表面的活性点大量暴露,活性加强更有助于吸附苯酚【。樯锾吭趐蔽效果特别好,原因在于椰子壳生物炭在强酸条件中,表面依然存在着的灰分、杂质被溶解,内部孔隙暴露,炭活性被刺激,从而增加了吸附性能。为碱性时,生物炭表面会形成大量的化合物,削弱生物炭的吸附性。慨图不同腐殖酸浓度对生物炭吸附苯酚的效果影响腐殖酸是有机物质中的一类,对水体中污染物的迁移有一定影响,在光化学方面有较大影响,而在生物炭吸附实验中的研究比较少。腐殖酸影响生物炭的吸附效果如图、阶樯炭的去除率随着腐殖酸浓度的增加去除率呈现轻微的上升趋势,这两组生物炭的吸附量也趋于稳定。腐殖酸对生物炭没有直接的作用,它可作为生物炭与苯酚之间的载体,使得苯酚与生物炭的接触机会增多,有助于生物炭吸附苯酚。腐殖酸对镸、男陨锾吭/均是下降趋势,其原因可能是:在混合溶液中振荡,抖会堵塞生物炭孔隙,破坏孑侗砻婧湍诓拷峁梗鹗衾胱痈着在生物炭表面、内部,分布不均导致比表面积和总孔容缩小,但平均孔径增大了,所以吸附能力没有减弱。生物炭表面结构的破坏,使炭表面产生缺陷,反而促进表面活性,所以吸附能力加添加腐殖酸后,腐殖酸与在水体中结合形成绾衔铮酸对樯锾坑跋焐源笠恍诟乘崽跫拢珺组生物炭更不稳定。总体情况,腐殖酸的影响不大,效果不明显。吸附量吸附动力学分析动力学模型是表示吸附容量和时间的关系,实验的模型拟合数据结果见表笛榈哪P湍夂舷咝越峁、图8实验记录的数据,在伪一级动力学模型下计算、樯物炭的平衡浓度分别为实验过程测量的平衡浓度分别为蝕、蝕,浓度误差甚大。根据实验记录的数据,在伪二级动力学模型计算、樯锾康钠胶馀ǘ确直鹞./胧笛楣滩饬康钠胶馀ǘ戎湮蟛钕喽越小。凳潜硎疚降闹匾2问匠J齥值越小,反应过程达到吸附平衡的用时越少,不论是伪一级动力学模型还是二级动力学模型均显示,组改性生物炭的当组未改性生物炭的蹈。峁得鳎男陨锾勘任锤男陨锾课剿率更快,更易达到吸附平衡。为线性系数,是体现拟合性的一个参数值,值越趋近于夂闲Ч胶谩H檠吩谖币患抖ρP拖录扑愕腞别为.、ü倍抖ρP图扑愕腞分别为.、啾冉希倍抖ρP偷哪合效果明显比伪一级动力学模型的好。由此可以判定,本实验数据不适合用伪一级动力学模型分析,选用伪二级动力学模型更具说服力,说明伪二级动力学模型更适合用以描述生物炭的吸附过程。甮甤%拍/.模型样品回归方程!计算笛∞,删莲皆篮∞雇埴酸┒萵量量量率事事∞\∞救尊.
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芙参考文献年第第卷总第广东化工图锾课奖椒拥奈币患抖ρP湍夂辖峁芒抛图锾课奖椒拥奈倍抖ρP湍夂辖峁酸碱法组/旌先芤两种方法对椰壳生物炭进行改性,设置不同盐度、温度、、腐殖酸、反应时间等孀叛闻ǘ仍黾樱锾慷员椒拥奈叫Ч銮浚晃露壬高,苯酚的去除率更高;由酸至碱,生物炭对苯酚的吸附量先增后降,在酸性条件下吸附效果较好;腐殖酸对两组的影疚奈南赘袷剑毫中愦海钌坪欤葡ぃ男砸巧锾慷运体苯酚吸附效应研究愣ɑぃ:理化条件,主要研究结果如下:晕锤男远哉兆相比,楦男陨锾慷员椒拥奈附效果最好,槠浯危琌组吸附效果最差,说明改性效果比较明显。响不明显,对橛跋烨榭霾晃榷ā锾课剿灞椒拥淖钍屎侠砘跫#貉味%,温度℃,为酸性或中性,腐殖酸浓度可忽略。笛榉治隹芍#倍抖ρP偷哪夂闲愿茫艹浞描述生物炭对水体中苯酚的吸附过程。通过动力学模型分析可判断,改性生物炭比未改性生物炭吸附速率更快,更易达到吸附平衡。】仓金顺,开启余,陈瑜,】】.净水技术,,,,.】何选明,冯东征,敖福禄,】杨建利,杜美利,,,王思邯,李瑶,【】、改性及其去除典型有机污染物的应用研究性质的研究馄籽в牍馄追治觯—倩#钫裆剑啵啾谔寄擅坠芡蔽角胱雍投韵趸拥实验研究τ没∮牍こ炭蒲аПǎ:.王亚军,∞辤—.:,,一嗡险迅#跆冢龋阴胱痈磁湫奘瘟叫源判耘蛉笸恋谋砻特征差异及对苯酚吸附的影响【.环境科学,,.:疲蹩桑硪洳ǎ龋啾谔寄擅坠苎趸男约捌涠苑永辔叫阅】┮荡笱В料与化工,:】袁帅,赵立欣,孟海波,、理化性质及其研究展望工新型材料,,:.吸附作用肪晨蒲В:.吸附性能研究赡ぃ『庞椋梁先纫丁たü浦臼椋龋究巧锾慷员椒拥奈教性研究】.中国稻米,,不沾笱В郑庆福,王永和,孙月光,./改性生物炭去除水中氮磷的研究厍欤褐厍齑笱В『,,:,,..何秋香,,,:—.琙甋:学报,,:『拿鳎罱鹄觯颂铱腔钚蕴看砗椒臃纤男Ч岸力学研究肪秤虢】翟又荆.『,,:..琖.:柏“——,.,—.—浚..—.“