改性稻秸对废水中铅、镉的吸附特征及其机制研究

【摘要】吸附法成本低、效果好,已成为处理重金属污染水体的主要方法。研究表明,生物质基材料对重金属阳离子具有理想的吸附作用。作为农业大国,我国每年农业废弃物产量巨大,其中水稻秸秆在农业废弃物中占有很高的比重。因此,利用水稻秸秆制备生物质吸附剂处理重金属废水对实现资源综合利用具有应用价值和现实意义。本文采用水稻秸秆制备柠檬酸改性稻秸吸附剂,通过静态吸附法考察了不同吸附时间、溶液初始pH、稻秸投加量、溶液浓度和温度条件对铅和镉的吸附影响,利用不同吸附等温模型、吸附动力学方程和热力学参数分析了改性稻秸对铅、镉吸附过程的动力学、吸附等温平衡和热力学特性;利用扫描电子显微镜、X射线能量色散谱仪、比表面积与孔径分析仪、电动电位分析仪、傅立叶红外光谱仪以及X射线衍射仪对改性前后稻秸的理化性质与形态特征进行表征与分析,探讨了改性稻秸对铅、镉的吸附机理。主要结论如下：(1)改性稻秸对铅和镉的吸附可由准一级动力学方程、准二级动力学方程、修正一级动力学方程和颗粒内扩散方程能较好地描述,其中以准二级动力学力程为最优。颗粒内扩散方程表明吸附过程存在膜扩散和内扩散两个主要过程。(2)Langmuir吸附等温模型能更好地拟合改性稻秸对铅、镉的等温吸附过程。Langmuir吸附等温模型相关参数RL表明改性稻秸对铅、镉离子具有良好的亲和度和吸附势：D-R吸附等温模型拟合的吸附平均自由能表明改性稻秸对铅和镉的吸附机制分别为离子交换过程和物理吸附过程。(3)在25～200mg/L浓度范围内,稻秸改性后对铅、镉的吸附能力明显提高;其中,铅、镉吸附的最佳初始pH值范围分别为4～6和3～7;温度对稻秸吸附铅和镉的影响较小,吸附过程表现为自发性和熵增性,对铅和镉的吸附过程分别为放热和吸热过程。(4)扫描电镜分析发表明改性后材料的表层明显被破坏,内部结构充分暴露,并产生大量不规则裂缝和孔洞；改性作用增大了吸附剂比表面积、孔体积和孔径。(5)电动电位分析表明吸附剂表层电负性增强,极性较强的功能基团被引入材料表面;在红外光谱分析中证实了对吸附重金属离子起重要作用的电负性功能团羧基被引入吸附剂表面。(6)X射线衍射图谱分析表明在酯化作用下稻秸纤维素的结晶度下降。X射线能量色散谱分析表明改性后秸秆Si/O增大,增强了对铅、镉元素的吸附作用。
【作者】郭磊；
【导师】刘鸣达；
【作者基本信息】沈阳农业大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】稻秸；改性；生物吸附；铅；镉；

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