【摘 要】
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蟹壳附加值较低,长期以来被视为废弃物随意抛弃,由此造成生物资源的极大浪费和沿海地区的环境污染。废弃蟹壳资源化是破解这一困局的唯一出路。本研究以废弃蟹壳为吸附剂,通
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蟹壳附加值较低,长期以来被视为废弃物随意抛弃,由此造成生物资源的极大浪费和沿海地区的环境污染。废弃蟹壳资源化是破解这一困局的唯一出路。本研究以废弃蟹壳为吸附剂,通过正交试验考察了不同影响因素(包括反应时间、反应温度、吸附剂用量、溶液初始浓度和pH)对废水中铜、磷吸附性能的影响。在此基础上,进行了吸附动力学和热力学研究,同时探索了废弃蟹壳的吸附机理。废弃蟹壳对废水中铜的吸附研究结果显示:1)铜离子去除率随着反应温度的升高呈上升趋势,由20℃时的78.90%增加到50℃时的97.50%。酸性环境不利于铜离子的吸附。通过单因素和正交试验分析,铜离子初始浓度为100mg/L、温度50℃、pH 8、吸附时间180min时,铜离子去除率高达98.20%。2)Langmuir吸附等温方程可以较好地描述废弃蟹壳对铜离子的吸附,其最大饱和吸附量为64.94mg/g。动力学参数的计算表明,准二级动力学模型可以较好地描述废弃蟹壳对铜离子吸附的动力学行为。热力学平衡常数KC随着反应温度的升高由53.37增至665.55,进一步证实高温有利于铜离子的吸附。3)废弃蟹壳吸附前后的XRD、FTIR、XPS分析表明,铜离子的吸附可能为化学吸附过程,蟹壳中的氨基和羟基与铜发生了反应。废弃蟹壳对废水中磷的吸附研究结果显示:1)酸性(pH 2.0~5.0)和碱性(pH 7.5~11.0)环境不利于废弃蟹壳对磷的吸附。磷酸盐的吸附量随着反应温度的升高呈上升趋势,由15℃时的0.98mg/g增加到50℃时的1.37mg/g。2)Freundlich吸附等温方程可以较好地描述废弃蟹壳对磷的吸附,最大饱和吸附量为4.60mg/g。准二级动力学模型更适合描述废弃蟹壳对磷吸附的动力学行为。热力学分析表面,ΔH0、ΔS0分别为 11.270kJ/mol、0.114 kJ/mol/K,ΔG0在-22.27到-26.19 kJ/mol之间变化。3)EDS分析显示,吸附磷后,废弃蟹壳中的钙、碳含量降低,氧含量增加。XPS分析观察到O1s结合能的变化,Ca2p和P2p出现结合能为134和347.9 eV的新峰。废弃蟹壳对磷的去除主要是由于磷酸根离子水解产生H2PO4-和HPO42-与吸附剂中的Ca2+形成沉淀所致。
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