ICP-OES研究活性炭无纺布对镉的吸附

重金属污染是一个相当严重的环境问题。镉具有很强的生物毒性和不可降解性,对生态环境和人体健康有极大威胁,被列为优先控制污染物。环境中镉的主要污染源是电镀、采矿和化学工业等部门的废水,如何简单高效去除水中的镉,有重要的社会意义和经济意义。目前,水中重金属的去除方法有化学沉淀、膜分离、离子交换、吸附、电解等,其中吸附法因简单高效而广泛应用。活性炭纤维是一种新型活性炭,孔径小且均匀,表面官能团发达,吸附性能好,逐步应用于水处理领域。以电感耦合等离子体光谱为检测手段,佐以比表面积分析, X射线衍射,元素分析和傅里叶变换红外光谱,研究比较了三种活性炭纤维(纤维炭网、活性炭无纺布、活性炭纤维毡)的结构特点及其对水中镉的吸附性能。三种活性炭纤维结构基本类似,具有较发达的孔隙结构。活性炭无纺布极性较强,表面有丰富的羟基、羧基、醛基等含氧官能团,对水中镉的吸附作用最大。因此,选择活性炭无纺布为吸附剂进行后续实验。研究了活性炭无纺布吸附镉的影响因素,如溶液pH,吸附时间等。溶液pH影响吸附剂表面电荷及水中镉的存在状态。水中镉的去除效率随溶液初始pH的增大而增大,在较低pH时,吸附剂与Cd^(2+)间存在静电斥力,同时H^+和Cd^(2+)存在竞争吸附, pH>9时,镉的去除是吸附与沉淀协同作用的结果,选择pH为6～7。在吸附的初始阶段,活性炭无纺布对Cd^(2+)的吸附量迅速增加, 10 min时,吸附率达到72%。随着吸附位点逐渐被Cd^(2+)所填充,吸附速率逐渐变慢, 300 min时,吸附容量基本无变化,吸附趋于平衡。优化了镉的吸附条件后,进行等温吸附实验和动力学实验。结果表明, 25℃时,吸附时间为300 min, pH 6.0条件下,当镉的平衡浓度在20.00 mg·L^(-1)时,活性炭无纺布对镉的单位质量吸附量和单位比表面积吸附量分别是3.04 mg·g^(-1)和0.035 mg·m^(-2)。用Langmuir方程(R^2=0.997,K_L=1.796 L·mg^(-1))和Freundich方程(R^2=0.895,K_F=0.918 L·mg^(-1),n=2.12)拟合活性炭无纺布对镉的等温吸附数据, Langmuir方程计算的理论吸附量为3.07 mg·g^(-1),与实验值相当,并且线性系数更高,说明该体系的吸附符合Langmuir方程,主要为单分子层吸附。Langmuir分离因子介于0和1之间,表明活性炭无纺布对镉的吸附容易进行。用准一级动力学方程、准二级动力学方程、颗粒内扩散方程和Elovich方程四种动力学模型拟合吸附过程。在吸附的前5 min,镉在活性炭无纺布上的吸附符合颗粒内扩散方程(R^2=0.985),吸附主要受颗粒内扩散控制。在吸附的5～300 min,颗粒内扩散方程拟合较差。整个吸附过程符合准二级动力学方程(R^2=0.999,k_2=0.367 g·mg^(-1)·min^(-1)), Elovich方程(R^2=0.981,a=0.271 mg·g^(-1),b=0.083 mg·g^(-1)·(lg min)^(-1))和准一级动力学方程(R^2=0.927,k_1=0.008 8 min^(-1))次之,颗粒内扩散方程(R^2=0.785)最差。活性炭无纺布对镉的吸附过程是一种化学作用为主的吸附过程。对5.00 mg·L^(-1)含镉水样,活性炭无纺布投放量为10 g·L^(-1)时,吸附后水中镉的浓度小于0.10 mg·L^(-1),符合《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)。活性炭无纺布可同时吸附镉,铜,铅,铬等重金属离子,选择性较差。但在电镀、采矿等实际废水中重金属种类复杂,适当提高吸附剂投放量,可同时去除多种重金属。利用活性炭无纺布吸附处理含镉水样,处理效果好、操作简单,可以作为去除水中镉的吸附剂,为含镉废水的处理提供了技术支持和理论基础。

活性炭无纺布的改性研究

本实验研究了改性活性炭无纺布的吸附特性,提出了活性炭无纺布改性的有效方法,并实验研究了不同环境因素对活性炭无纺布改性效果的影响。研究结果表明,Na2CO3和KOH溶液浸渍可以提高活性炭无纺布对CO2的吸附效率,延长吸附饱和时间;溶液浓度越高,改性效果越好;环境温度和湿度能影响改性效果。增加吸附层厚度,有助于提高改性活性炭无纺布对CO2的吸附效率,但同时也增加能耗,选择合适的吸附层厚度以获得较高效率和较小能耗是很重要的。

活性炭无纺布Pt基催化剂的制备与催化性能

利用浸渍法在活性炭无纺布上直接负载贵金属铂制备整体式催化剂,并对甲醛常温催化降解进行催化性能研究。在不同烘干温度、初始浓度与贵金属的质量分数下对催化剂进行活性测试。结果表明:活性炭无纺布于80℃下烘干,贵金属质量分数较小的情况下(0.6%)对甲醛的室温催化降解具有较好的效果,且制备的整体式催化剂对甲醛初始质量浓度在1.39~7.34 mg/m^3较宽的范围内具有良好的适用性。并通过XRD、XPS、SEM等进行表征分析,Pt颗粒在活性炭无纺布中基本能维持均匀分布,XPS中显示铂物种中金属态Pt与氧化态Pt共同存在,两者相互协调。