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壳聚糖改性硅藻土处理含铬废水

发布时间:2021-7-20 10:44:10  中国污水处理工程网

  铬是重金属,被人体吸收时,有"三致"的危险且含铬废水进入水体,破坏水生生态环境,能够对水体环境造成严重影响。一般可以通过吸附法、化学氧化、电解还原、离子交换、电渗析等方法去除Cr(Ⅵ)。其中吸附法节省时间、价格便宜、效果良好,为了能够找到吸附Cr(Ⅵ)更快、更好、更便宜的吸附材料,在次之前,已经有很多人进行了深入的研究。路则栋等通研究结果表明,准二级动力学方程能够更好的描述实验结果。高保娇等实验证明吸附等温线实验结果拟合跟满足Freundlich吸附方程。杜玉成等对吸附等温线实验结果进行拟合,符合langmuir模型。本文使用硅藻土负载壳聚糖作为吸附材料吸附模拟含铬废水中的Cr(Ⅵ)进行研究。

  1、实验方法

  1.1 复合材料的制备与铬的测定

  壳聚糖-硅藻土复合材料的制备:称量不同质量的壳聚糖于烧杯中,加入25mL4%的醋酸溶液使其溶解,后在六联传动搅拌器上以500r/min的速度搅拌20min。然后加入适量硅藻土使复合材料总量达到5g,搅拌混匀。与105℃下烘干研磨。

  铬的测定:按照实验设计,量取25mL一定浓度的Cr(Ⅵ)模拟废水,调节pH值,加入相应配比、一定质量的复合材料,控制震荡时间,过滤测定模拟废水中六价铬的浓度。

  1.2 实验步骤设计

  1.2.1 正交实验

  选择复合材料中壳聚糖的配比、初始吸附时六价铬的浓度、硅藻土与壳聚糖的投加量、吸附溶液的pH值和吸附时的震荡时间作为正交实验的影响因素,并根据单因素实验结果选择合适的水平,以免去除率和吸附量过高或过低,不便于正交实验的分析。

  上述单因素实验表明,都可以对吸附效果产生较大的影响,根据复合材料的吸附效果,选取合适的水平。

  1.2.2 吸附实验

  1.2.2.1 吸附动力学实验

  为了研究复合材料的吸附动力学特征,取0.6g配比分别为4%、6%、8%、10%的复合材料,加入25mLCr(Ⅵ)初始浓度为10mg/L的溶液中,分别震荡0min、10min、20min、40min、60min、90min、120min、150min、180min后,过滤,测定吸附后Cr(Ⅵ)的含量。分别采用准一级动力学方程、准二级动力学方程、Elovich动力学方程和W-M动力学方程进行数学拟合。拟合相关系数越大,说明复合材料的吸附动力学特征越符合方程对应的模型。

  1.2.2.2 吸附等温线实验

  为了研究复合材料的吸附等温线特征,分别取0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g、0.8g配比为4%的复合材料,加入25mLCr(Ⅵ)初始浓度为10mg/L的溶液中,过滤,测定吸附后Cr(Ⅵ)的含量。分别采用Langmuir方程和Freundlich方程进行数学拟合。拟合相关系数越大,说明复合材料的吸附等温线特征越符合方程对应的模型。

  2、结果与分析

  2.1 正交实验

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  根据表1可知,将因素对实验结果造成影响的大小从高到低排列顺序为:振荡时间(因素E)>复合材料的投加量(因素D)>复合材料的配比(因素C)>初始Cr(Ⅵ)浓度(因素A)>pH值(因素B)。根据各个因素的最高水平均值,可以确定去除率最高的因素水平组合为A3B3C3D4E4。即以初始Cr(Ⅵ)浓度为15mg/L,调节pH值=7,8%配比的壳聚糖-硅藻土复合材料,投加量为0.6g,振荡时间为50min时,Cr(Ⅵ)的去除率最高。

  2.2 吸附动力学方程

  为了研究壳聚糖-硅藻土复合材料及其配比对含铬废水中Cr(Ⅵ)去除率的影响,观测其吸附动力学模型分别以准一级动力学方程、准二级动力学方程。

  8个150mL锥形瓶,分别加入25mL,浓度为15mg/L的模拟含铬废水,调节pH值=7,加入复合材料0.6g,在室温下分别震荡0min、10min、20min、40min、60min、90min、120min、150min后,过滤,测定吸附后Cr(Ⅵ)的含量。

  2.2.1 准一级动力学方程拟合

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  由图1可知,随着壳聚糖-硅藻土复合材料中壳聚糖的配比由4%、6%、8%变化到10%时,对应的拟合系数R2值分别为0.7454、0.7333、0.8369、0.9363,均小于0.99,表示准一级动力学方程不能够很好地拟合实验结果。

  2.2.2 准二级动力学方程拟合

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  由图2可知,随着壳聚糖-硅藻土复合材料中壳聚糖的配比由4%、6%、8%变化到10%时,对应的拟合系数R2值分别为0.9998、0.9989、0.9995、0.9985,均大于0.99,表示准二级动力学方程能够很好地拟合实验结果。

  2.3 吸附等温线

  利用Langmuir方程和Freundlich方程对复合材料的吸附实验结果进行拟合。分别以ρ为横轴,以ρ/q为纵轴,作图,结果见图3。

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  分别以lnρ~lnq作图,结果见图4。

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  由图3和图4可知,在室温下,Langmuir方程和Freundlich方程的R2值分别0.9922、0.9746,说明Langmuir方程能够比Freundlich方程更准确的描述Cr(Ⅵ)在壳聚糖-硅藻土复合材料上的吸附特征。

  3、结论

  随着壳聚糖所占复合材料的比例的不断增加,复合材料对Cr(Ⅵ)的去除率和吸附量先显著增加,配比达6%后,Cr(Ⅵ)的去除率和吸附量增长趋于平缓,保持在98%附近。

  吸附动力学实验结果表明,随着壳聚糖-硅藻土复合材料中壳聚糖的配比由4%、6%、8%变化到10%时,准二级动力学方程对实验结果拟合效果较好。吸附等温线实验结果表明,在室温下说明Langmuir方程能够比Freundlich方程更准确的描述Cr(Ⅵ)在壳聚糖-硅藻土复合材料上的吸附特征。(来源:铜陵有色金属集团股份有限公司工程技术分公司,安徽科技学院 资源与环境学院)

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