蛭石--水溶液混合離子體系中鋅、鎘離子的吸附特性與機(jī)理研究.pdf

1、隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快,大量的重金屬廢水被直接排入到江河湖泊造成水體重金屬含量急劇升高,導(dǎo)致我國各大水系受到了不同程度的重金屬污染,水體重金屬污染不僅加劇了可用水資源的短缺,而且也直接影響到飲水安全、糧食生產(chǎn)和農(nóng)作物安全,最終危害人類健康。采用人工濕地處理含重金屬離子廢水是一種新興工藝,其低能耗、低運(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn)吸引著眾多研究者的關(guān)注。然而,與傳統(tǒng)處理方法相比,人工濕地的缺點(diǎn)是處理能力及效率較低、占地面積較大、抗有機(jī)、重金屬污染負(fù)荷與水力

2、負(fù)荷能力有限并受季節(jié)氣候的影響。在人工濕地中引入一個(gè)吸附單元添加具有高效吸附性能的填料是解決上述問題的有效方法之一。
　　 經(jīng)典吸附方程都將等溫條件下平衡吸附密度qe表達(dá)為平衡液相離子濃度Ce的一元函數(shù),大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明經(jīng)典等溫曲線存在明顯的吸附劑濃度效應(yīng)(隨著吸附劑濃度增大,傳統(tǒng)意義上的吸附等溫線下降的現(xiàn)象),前人認(rèn)為吸附劑濃度效應(yīng)是溶液離子強(qiáng)度和pH值引起的,為了消除吸附劑對離子吸附的影響,往往采取引入緩沖溶液來控制系統(tǒng)的

3、pH值和離子強(qiáng)度的辦法；而后人則認(rèn)為離子吸附反應(yīng)的方向與速率取決于系統(tǒng)中離子量與吸附劑量的相對水平,產(chǎn)生吸附劑濃度效應(yīng)的根本因?yàn)槭怯捎谝?固相離子吸附體系中的強(qiáng)度因子不是qe和Ce而是固相qe和液相的Ce/Wo,因此,在做qe-Ce曲線圖中必然存在吸附劑濃度效應(yīng)。依據(jù)吸附系統(tǒng)中四個(gè)必要吸附組成成分(液相離子Ce、固相離子Qe、未被占據(jù)的吸附點(diǎn)Wu、被離子占據(jù)的吸附點(diǎn)Wc)提出了一個(gè)新的平衡離子吸附密度預(yù)測方程,但此方程基于單一離子吸附系

4、統(tǒng)提出,其是否可用于混合離子體系有待于進(jìn)一步的研究。因此,研究吸附劑濃度效應(yīng)產(chǎn)生的真正因?yàn)?、?yàn)證新的吸附定量模型在混合離子體系中的應(yīng)用對于改進(jìn)和完善液/固吸附理論具有重要意義。
　　 針對上述問題,本研究選用蒸餾水反復(fù)洗滌后烘干的蛭石作為吸附劑和蒸餾水作為溶劑,在起始濃度0.2mmol/L-2.0mmol/L和吸附劑濃度50-150g/L范圍內(nèi),布置了一系列蛭石--水溶液混合離子體系和蛭石--緩沖溶液體系中對鋅、鎘、氨等的吸附試

5、驗(yàn)以研究其吸附特征和吸附機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)天然蛭石具有儲量豐富、價(jià)格低廉、吸附容量大、對環(huán)境無毒無害且容易再生等優(yōu)點(diǎn),能迅速、有效地去除水溶液中的Zn2+、Cd2+、NH4+,適合作為人工濕地的填料；蛭石--水溶液體系中離子吸附的主要機(jī)制為交換性吸附；由于存在吸附點(diǎn)競爭效應(yīng),共存陽離子能抑制Zn2+、Cd2+的吸附。
　　 (2)緩沖實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:離子強(qiáng)度和pH值不是產(chǎn)生Wo應(yīng)的根本因?yàn)?緩沖溶液的引

6、入不僅沒有消除吸附劑濃度,還增大了實(shí)驗(yàn)誤差；緩沖系統(tǒng)存在著強(qiáng)烈的離子吸附競爭,大量其它陽離子的存在極大地抑制了Zn2+、Cd2+的吸附,致使緩沖系統(tǒng)的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于非緩沖系統(tǒng)。
　　 (3)在混合離子體系中,重復(fù)測試證實(shí)平衡離子吸附密度qe與Co/Wo(起始點(diǎn)液相離子濃度Co與吸附劑濃度Wo的比值)與Ce/Wo(平衡液相離子濃度Ce與Wo的比值)三者之間仍具有一一對應(yīng)關(guān)系,觀察到的現(xiàn)象再次表明液/固相混合離子吸附體系中的強(qiáng)度因子

7、也不是qe和Ce而是固相的qe和液相Ce/Wo。
　　 (4)在單一離子吸附系統(tǒng)中基于四組分模型推導(dǎo)出的平衡吸附預(yù)測模型:
　　 qe={Co+qm-[(co+qm)2-4coqm(1-k)]1/2}/[2(1-k)]co=Co/Wo可進(jìn)一步用來預(yù)測液/固混合離子體系的平衡吸附密度qe,qe-co方程對混合離子體系的平衡吸附密度qe的預(yù)測證明:在混合離子系統(tǒng)中所有離子的吸附競爭能力遵循等當(dāng)量濃度定律,即系統(tǒng)吸附的總當(dāng)量為