改性蛋壳生物炭对Cd的吸附性能研究

作     者：彭章 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：龚香宜

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：改性生物炭 Cd2+ 吸附 FeSO4 

摘      要：为实现对水体重金属镉污染的控制以及蛋壳废弃物的资源化利用。制备蛋壳生物炭(BC)、Fe SO改性生物炭(Fe SO-BC)、磁化/Fe SO复合改性生物炭(M/Fe-BC)、羟基磷灰石改性生物炭(HAP-BC)以及Mg/羟基磷灰石复合改性生物炭(Mg/HAP-BC),探究其对水体重金属Cd的吸附效果与机理。对生物炭进行表征与吸附实验,并进行数据分析。得出主要结论如下:(1)M/Fe-BC比表面积增加到30.18 m/g,总孔体积增加到0.0627 cm/g,最可几孔径增加到3.299 nm,表面新增了与Fe相关的Fe-O-C和Fe-O等官能团。Mg/HAP-BC比表面积增加到8.665 m/g,总孔体积增加到0.0252 cm/g,最可几孔径增加到36.02 nm,表面新增了与羟基磷灰石相关的-OH和PO等官能团。(2)M/Fe-BC和Mg/HAP-BC对水溶液中Cd的吸附量分别提高到47.32 mg/g和49.72 mg/g。M/Fe-BC使用两阶段的颗粒内扩散方程可以很好描述对Cd的吸附行为;Mg/HAP-BC使用三阶段的颗粒内扩散方程能够很好描述对Cd的吸附行为。Mg/HAP-BC对Cd的吸附平衡时间缩短到120 min,为BC吸附平衡时间的1/4。M/Fe-BC和Mg/HAP-BC对Cd的吸附受单层吸附与多层吸附共同作用。(3)随初始浓度增加,M/Fe-BC和Mg/HAP-BC对水溶液中Cd的去除率先保持在98%附近,之后迅速降低。随投加量增加,M/Fe-BC对水溶液中Cd的吸附量先增加后降低;Mg/HAP-BC对Cd的吸附量则一直降低。p H值为4-6时,M/Fe-BC和Mg/HAP-BC对水溶液中Cd的吸附量开始增加。随离子强度增加,M/Fe-BC和Mg/HAP-BC对水溶液中Cd的吸附量逐渐降低。阴离子对M/Fe-BC和Mg/HAP-BC吸附水溶液中Cd的影响较小,金属阳离子对M/Fe-BC和Mg/HAP-BC吸附Cd有较强的抑制作用。M/Fe-BC和Mg/HAP-BC在吸附-解吸循环5次后对水溶液中Cd的去除率分别为80.81%和66.06%。(4)M/Fe-BC对水溶液中Cd的吸附机理主要是络合作用和静电作用,还有一定的物理吸附。Mg/HAP-BC对水溶液中Cd的吸附机理主要是沉淀作用、络合作用和静电作用,还有一定的物理吸附。