生物改性花生壳材料的制备及其对Cd2+的吸附性能研究

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开发低价易得的吸附材料是吸附法处理水体重金属污染的研究热点之一。这种廉价的吸附材料可通过对农林废弃物进行改性获得,而使用现有的物理、化学方法对农林废弃物进行改性,存在能耗大、易产生二次污染等问题。因此本论文采用生物方法对农林废弃物进行改性,以期在使用吸附法处理水体重金属污染领域中有所应用。本试验中选择国内产量较大的花生壳作为原料,针对其木质素含量相对较多的特点,分别使用白腐真菌及漆酶对其进行生物改性,希望暴露更多能跟重金属离子螯合的基团。通过正交实验得到两者改性的最佳条件组合,并对改性前后的花生壳进行表征以了解改性过程中的变化。选择改性效果较好的漆酶改性方法,从温度,材料投加比,溶液初始pH,Cd2+溶液初始浓度以及反应时间几方面考察了改性材料的吸附性能,同时通过解吸等研究分析其吸附机理,通过对实验结果的分析,得到如下结论:(1)白腐真菌改性花生壳的最佳条件组合为在25℃下,菌体接种量为6%,花生壳质量与营养液比值为1:2时培养7天。(2)漆酶改性花生壳的最佳条件组合为30℃,pH=5时,对1g的花生壳反应5d。在使用漆酶对花生壳改性时,直接使用去离子水稀释原酶液,且稀释倍数为500时效果最佳。改性后花生壳对Cd的吸附量达到7mg g-1,较未改性时的吸附量提高了32%,优于白腐真菌改性花生壳。(3)分别对白腐真菌改性后花生壳及漆酶改性后花生壳进行FT-IR,XRD,SEM表征以及组分分析测定,结果表明白腐真菌改性及漆酶改性都使花生壳中的木质素得到了部分降解,暴露出了更多的活性基团,这是改性后材料吸附效果得到提高的原因。而漆酶改性产生的变化较白腐真菌改性的变化明显。(4)使用漆酶改性花生壳进行吸附实验,可知其投加量为0.1g,溶液初始浓度为50mg L-1时,保持pH=6,吸附可基本达到饱和,吸附平衡时间为12h。对材料的吸附过程进行动力学模型拟合及等温线模型拟合,可知该改性材料对于Cd2+的吸附符合准二级动力学模型,适宜使用Langmuir等温式对其吸附过程进行预测。(5)硝酸、氯化钠、EDTA均可对吸附后材料进行解吸,效果最好的是HNO3,解吸率可达到92.26%。温度及解吸剂浓度变化会影响解吸效果但影响程度不大。通过实验分析可知材料的吸附过程主要依靠Cd2+与H+的交换作用,且解吸剂能够重新将Cd2+置换出来。
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