改性沸石粉去除微污染水源水中镉(Ⅱ)的试验研究

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本文采用壳聚糖和氢氧化钠对天然沸石粉进行改性,并在不同改性时间、沸石粉与壳聚糖的配比和氢氧化钠浓度的条件下制备了新型改性沸石粉吸附材料;采用吸附-混凝的处理方法,以微污染源水中镉(Ⅱ)的去除率为评价指标,确定了改性沸石粉的较佳改性条件。数据表明,改性时间并非越长越好,壳聚糖的用量并非越大越好,碱溶液的浓度大小对改性沸石粉的除镉(Ⅱ)性能影响不是太明显,在综合考虑改性沸石粉制备原料的成本及保证改性沸石粉较高除镉(Ⅱ)率的情况下,确定改性沸石粉的最佳制备工艺参数为:改性时间12h,壳聚糖与沸石粉配比为1:40,碱处理液浓度2 mol·L-1。采用FTIR、SEM、比表面孔径测定仪和EDAX能量色散谱仪对改性沸石粉进行了表征,并将其用于微污染源水中对镉(Ⅱ)的吸附去除;考察接触时间、原水pH、镉(Ⅱ)初始浓度、沸石粉粒径、沸石粉投加量等因素对镉(Ⅱ)去除的影响。结果表明,与天然沸石粉相比,改性沸石粉在形貌结构上有很大变化,由原来的团状结构变为孔隙状结构,且壳聚糖负载于其上,形成了内比表面积更大的多孔物质;氮气在两种沸石粉体系表面发生了多分子层吸附,有着相似的孔径分布模式;与天然沸石粉相比,改性沸石粉形成了更为规整的介孔结构,总孔容积和平均孔径均增大了。在本实验条件下,吸附时间越长、pH越高、沸石粉粒径越小、沸石粉投加量越大,两种沸石粉对镉(Ⅱ)的吸附去除效果越好,且改性沸石粉对镉(Ⅱ)的吸附去除效果明显优于天然沸石粉,其饱和吸附容量是天然沸石粉的6.36倍,是一种优良的含镉(Ⅱ)微污染源水的吸附剂;在中性条件下,当镉(Ⅱ)浓度<60μg·L-1时,投加粒径为200目的0.4g·L-1的改性沸石粉可使处理后的镉(Ⅱ)浓度达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。从吸附热力学和动力学的角度,对吸附机理进行了探讨。镉(Ⅱ)在天然沸石粉和改性沸石粉上的吸附基本遵循Langmuir吸附等温模型、Freundlich吸附等温模型和Dubinin-Kaganer-Radushkevich(DKR)吸附等温模型。镉(Ⅱ)在天然沸石粉和改性沸石粉上的吸附是一个自发放热的过程,主要是通过其微孔起作用,以物理吸附为主。对于改性沸石粉而言,以物理吸附为主,同时发生了化学吸附,负载于其上的壳聚糖上的氨基、羟基还可通过化学键的作用,螯合溶液中的镉(Ⅱ)离子,使改性沸石粉对镉(Ⅱ)的吸附去除效果显著提高;镉(Ⅱ)在天然沸石粉和改性沸石粉上的吸附动力学过程,很好地符合准二级速率方程,可以预测时间对吸附的影响。该方法基于传统净水工艺,且无需调整水的pH值和不增加新构筑物,适用性较强,对受到重金属镉(Ⅱ)污染的饮用水原水的净化处理,具有重要的参考或指导作用。
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