Zeta电位影响FNP去除重金属的研究

作     者：何春香 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢逢春

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

主      题：zeta电位 FNP 重金属 吸附 再生 

摘      要：目前重金属污染事件引起人们的广泛关注,因此开发廉价高效的重金属净化材料和优化水处理工艺对实现水的循环利用具有重大意义。本文研究FNP表面性质-zeta电位对其吸附Pb(Ⅱ),Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的影响。Zeta电位作为评价FNP吸附性能的一个参数,用于指导水体中重金属离子的去除。在FNP悬浮液电导率为2.02μs·cm、pH=7、浓度C=0.003 g/mL和T=298 K条件下,改变PEM和PAM的反应配比可以制备不同zeta电位的FNP(FNP);用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、比表面积测定等表征手段对不同电位FNP的性质进行表征。研究不同zeta电位FNP去除重金属离子的效果,以及影响FNP吸附性能的因素:溶液pH、重金属离子初始浓度和竞争吸附;初步探讨吸附机理;用5%的PEM溶液和1mol/L HCl溶液再生FNP实现循环利用。本实验选择用zeta电位作为指示FNP表面性质的物理量,实验结果得到FNP表面zeta电位与吸附量Qe正相关,FNP电位越高,对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的吸附量越大;吸附后FNP的zeta电位普遍降低。高电位的FNP(-52.8 mV)为球状结构,具有较大的比表面积;电荷密度高,对重金属离子表现出最好的去除能力,对Pb(Ⅱ),Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除率分别达到93.0%、97.1%和64.9%。重金属离子在FNP上的吸附量随溶液p H和重金属离子初始浓度的增加而增加;在Pb(Ⅱ),Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)三种重金属离子混合体系中,FNP对Pb(Ⅱ)的吸附量最大,对Ni(Ⅱ)的吸附量最低;共存离子在FNP上的吸附顺序为Pb(Ⅱ)Cd(Ⅱ)Ni(Ⅱ)。吸附等温线实验表明吸附反应为吸热反应,用Langmuir等温方程能很好地描述FNP的吸附平衡,在温度为303.15K时,Pb(Ⅱ),Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的最大吸附量分别为502.9 mg/g、155.1 mg/g和87.5 mg/g;准二级动力学模型对重金属离子的吸附过程拟合较好,说明吸附过程受化学吸附控制。Zeta电位分析发现吸附后FNP等电点向碱性方向移动,表明吸附过程中释放H;红外光谱和X射线光电子能谱分析结果证明重金属离子与FNP表面羟基形成内层配合物,以PbO、CdO和NiO形式存在。吸附后的FNP用5%的PEM溶液或1mol/L HCl溶液可实现再生,再生后FNP zeta电位绝对值从吸附后的17.8分别增加到50.6和48.6。再生后FNP吸附实验结果对比显示用PEM法再生后的FNP的重金属去除效果较好。重复进行5次吸附实验,FNP对Pb(Ⅱ),Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除率基本分别维持在90.0%、87.4%、60.5%。