对硝基苯酚和重金属在高炉水淬渣上的竞争吸附研究

以高炉水淬渣(WBFS)为吸附剂,对水体中的对硝基苯酚(p-NP)和重金属进行单一吸附和竞争吸附的研究,从吸附等温线、吸附动力学和热力学等方面分析其吸附特性和机理.结果表明:相对于p-NP,重金属离子在竞争条件下居优势地位,重金属离子对p-NP的竞争吸附作用依次为Cu^(2+)>Cd^(2+)>Zn^(2+).高炉水淬渣对p-NP的吸附符合Freundlich模型,而重金属离子的吸附与Langmuir吸附模型拟合较好,D-R模型计算的p-NP在各系统中吸附能量分别为-7.53、-7.07、-7.96以及-7.86k J/mol,表明高炉水淬渣吸附p-NP的过程中以物理吸附为主,而重金属离子则以化学吸附和离子交换为主.动力学曲线显示在二元体系下p-NP的吸附速率下降,吸附达到平衡的时间延长,而竞争组分的存在对Cu^(2+)、Cd^(2+)、Zn^(2+)达到平衡的时间基本无影响.高炉水淬渣对Cu^(2+)、Cd^(2+)、Zn^(2+)表现出更高的亲和力和选择性.无论是单一吸附还是竞争吸附,p-NP和Cu^(2+)、Cd^(2+)、Zn^(2+)均符合伪二级动力学方程.?G值随着温度的升高而逐渐降低,说明高炉水淬渣对p-NP和Cu^(2+)、Cd^(2+)、Zn^(2+)吸附的自发性与温度成正比,属于吸热熵增的过程.

Cu^(2+)、Cd^(2+)、Zn^(2+)在高炉水淬渣上的竞争吸附特性

利用等温吸附法考察了高炉水淬渣对Cu2+、Cd2+、Zn2+的单组分吸附和竞争吸附性能。结果表明,单一组分吸附时,金属离子吸附等温线属于"H"形等温线,吸附平衡符合Langmuir吸附等温模型,高炉水淬渣吸附的顺序为Cu2+﹥Cd2+﹥Zn2+,这与重金属离子电负性、水合离子半径及荷径比等有关。当加入竞争离子后,Cu2+的吸附等温线基本维持原来形状,且仍旧与Langmuir吸附等温模型比较相符,而Cd2+和Zn2+的吸附无法与现有等温吸附模型很好地拟合,等温线的形状由于竞争作用也与传统的等温线均不相同,同时各金属离子的吸附量都比单组分的吸附量降低了。吸附动力学过程先是一个快速阶段,然后进入慢速阶段。无论是单组分还是竞争条件下,伪二级动力学方程拟合结果较好,说明高炉水淬渣与Cu2+、Cd2+、Zn2+之间的吸附过程主要是以化学吸附为主。

高炉水淬渣对电镀废水中重金属和COD吸附的响应面优化

为了考察高炉水淬渣处理实际电镀废水中重金属离子和COD的可行性,分别研究了吸附剂投加量、p H、吸附时间以及温度等单因素对Cu^(2+)、Zn^(2+)或COD去除率的影响。在单因素实验的基础上,应用Box-Behnken中心组合方法进行三因素三水平试验,建立二次多项数学模型,并验证该模型的有效性。采用响应曲面法探讨吸附剂投加量、p H、吸附时间3个因子的交互作用及其最佳水平。结果表明:在吸附剂投加量为1.4g、p H为8、吸附时间为120min的最优化条件下,电镀废水中Cu^(2+)、Zn^(2+)和COD去除率达到最大,分别为99.35%、98.46%和53.63%。经对最优条件进行验证,预测值与验证实验平均值接近。吸附后废水中的Cu^(2+)和Zn^(2+)低于GB 21900—2008电镀废水新建企业污染物排放限值要求,而COD没有满足排放要求,所以仅应用高炉水淬渣吸附技术还不足以去除电镀废水中所有有害物质,因此可利用此技术作为辅助工艺,联合其他技术共同去除电镀废水中的重金属离子和有机物,使出水水质达到国家排放标准。