改性活性炭吸附水中典型重金属的试验研究

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1、改性活性炭吸附水中典型重金属的试验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：陈莽指导教师：梁建军副教授古励副教授专业：市政工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年四月ModificationofActivatedCarbonsandExperimentalResearchontheRemovalofRepresentativeHeavyMetalsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMast

2、er’sDegreeofEngineeringByChenMangSupervisedbyAss.Prof.LiangJianjunAss.Prof.GuLiSpecialty:MunicipalEngineeringCollegeofUrbanConstruction&EnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015中文摘要摘要使用受重金属污染的水会对人体健康产生较大危害，吸附法是去除水中重金属的常见方法之一。活性炭吸附因具有操作简单、来

3、源广泛等优点常被用于饮用水深度处理和突发水污染的应急处理等，但常规活性炭吸附性能较差，包括吸附容量较小、吸附速率较慢、有效pH范围较窄等，为提高常规活性炭对水中重金属的去除效果，采用氧化-负载组合工艺对常规活性炭进行表面改性，并探讨了改性活性炭的表面物化性质及其对水中Cr(Ⅵ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能和作用机理。论文主要研究内容和结论如下：1）考察了不同材质活性炭（木质、椰壳、煤质）的性能参数对水中Cr(Ⅵ)吸附效果的影响，并结合三种活性炭的表面性质及经济实用性进行对比分析。其中木质粉末炭杂质含量少、价格适中，且pHPZC值最大、表面

4、酸性官能团含量最高，有利于对水中带负电的Cr(Ⅵ)的吸附去除。故选择木质粉末炭作为改性研究对象。2）以HNO3和H3PO4为氧化剂，FeCl3为负载物对AC-0（经预处理的木质炭）进行组合改性（记为ACNF、ACPF），并利用SEM、BET、FT-IR、XRD及Boehm滴定等方法对改性活性炭的表面物化性质进行了表征。结果表明，氧化侵蚀与铁的负载对活性炭的孔结构影响相对较小，改性前后活性炭的比表面积、微孔、总孔体积和平均孔径的大小顺序为AC-0>ACPF>ACNF；ACNF和ACPF上负载的铁分别以赤铁矿和针铁矿为主，其铁负载量分别

5、为0.231和0.144mg/g。两种酸与FeCl3的氧化作用使活性炭表面化学性质（官能团）变化较大，与AC-0相比，ACNF和ACPF的表面总酸性平均增加了1.2275mmol/g，增幅为81%以上；与单纯氧化改性的AC-N相比，ACNF表面总酸性增加了0.946mmol/g，增幅为52.7%。组合改性保持了活性炭原有发达的孔隙结构，而表面官能团与负载氧化物的含量显著提高。3）以Cr(Ⅵ)去除率为指标，分别对不同氧化剂的组合改性条件进行正交试验优化，通过静态吸附实验研究了不同水质条件下改性活性炭对Cr(Ⅵ)吸附的影响，并通过等温线

6、模型、动力学模型拟合及热力学研究对Cr(Ⅵ)的吸附数据进行分析。结果表明，两种氧化剂对应的最优改性条件均为：氧化剂浓度10%，负载液浓度0.05mol/L，反应温度60℃，反应时间6h。水的pH是影响Cr(Ⅵ)吸附效果的主要因素，酸性条件下改性活性炭具有较高的Cr(Ⅵ)吸附能力。AC-0和ACNF对Cr(Ⅵ)的吸附符合均质吸附模式，而ACNF存在异质吸附。由于表面酸性官能团含量的增加以及负载铁氧化物的吸附力作用，改性后活性炭的吸附性能提高，AC-0、ACNF和ACPF的Cr(Ⅵ)最大吸附量qm分别为7.087、66.890和19.2

7、79mg/g；吸附30minI重庆大学硕士学位论文时，AC-0、ACPF和ACNF的Cr(Ⅵ)吸附去除率分别为10.3%、33.3%和29.7%。4）以Cd(Ⅱ)为去除对象，利用同样方法分析了HNO3与FeCl3组合改性活性炭对阳离子态重金属的吸附行为。结果表明，最佳改性条件为：HNO3浓度10%，FeCl3浓度0.05mol/L，反应温度80℃，反应时间6h。AC-0对Cd(Ⅱ)的吸附服从多分子层模式，而ACNF为单分子层吸附，最大吸附量分别为3.398和8.065mg/g。改性前后活性炭对Cd(Ⅱ)的吸附均为自发放热的离子交换反

8、应。关键词：活性炭吸附，表面改性，表面物化性质，Cr(Ⅵ)，Cd(Ⅱ)II英文摘要ABSTRACTTheusingofwaterthatcontaminatedwithheavymetalsdramaticallythreatened