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殼聚糖改性硅藻土處理含鉻廢水

  鉻是重金屬,被人體吸收時(shí),有"三致"的危險(xiǎn)且含鉻廢水進(jìn)入水體,破壞水生生態(tài)環(huán)境,能夠?qū)λw環(huán)境造成嚴(yán)重影響。一般可以通過吸附法、化學(xué)氧化、電解還原、離子交換、電滲析等方法去除Cr(Ⅵ)。其中吸附法節(jié)省時(shí)間、價(jià)格便宜、效果良好,為了能夠找到吸附Cr(Ⅵ)更快、更好、更便宜的吸附材料,在次之前,已經(jīng)有很多人進(jìn)行了深入的研究。路則棟等通研究結(jié)果表明,準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能夠更好的描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。高保嬌等實(shí)驗(yàn)證明吸附等溫線實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合跟滿足Freundlich吸附方程。杜玉成等對(duì)吸附等溫線實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合,符合langmuir模型。本文使用硅藻土負(fù)載殼聚糖作為吸附材料吸附模擬含鉻廢水中的Cr(Ⅵ)進(jìn)行研究。

  1、實(shí)驗(yàn)方法

  1.1 復(fù)合材料的制備與鉻的測(cè)定

  殼聚糖-硅藻土復(fù)合材料的制備:稱量不同質(zhì)量的殼聚糖于燒杯中,加入25mL4%的醋酸溶液使其溶解,后在六聯(lián)傳動(dòng)攪拌器上以500r/min的速度攪拌20min。然后加入適量硅藻土使復(fù)合材料總量達(dá)到5g,攪拌混勻。與105℃下烘干研磨。

  鉻的測(cè)定:按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),量取25mL一定濃度的Cr(Ⅵ)模擬廢水,調(diào)節(jié)pH值,加入相應(yīng)配比、一定質(zhì)量的復(fù)合材料,控制震蕩時(shí)間,過濾測(cè)定模擬廢水中六價(jià)鉻的濃度。

  1.2 實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)

  1.2.1 正交實(shí)驗(yàn)

  選擇復(fù)合材料中殼聚糖的配比、初始吸附時(shí)六價(jià)鉻的濃度、硅藻土與殼聚糖的投加量、吸附溶液的pH值和吸附時(shí)的震蕩時(shí)間作為正交實(shí)驗(yàn)的影響因素,并根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇合適的水平,以免去除率和吸附量過高或過低,不便于正交實(shí)驗(yàn)的分析。

  上述單因素實(shí)驗(yàn)表明,都可以對(duì)吸附效果產(chǎn)生較大的影響,根據(jù)復(fù)合材料的吸附效果,選取合適的水平。

  1.2.2 吸附實(shí)驗(yàn)

  1.2.2.1 吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

  為了研究復(fù)合材料的吸附動(dòng)力學(xué)特征,取0.6g配比分別為4%、6%、8%、10%的復(fù)合材料,加入25mLCr(Ⅵ)初始濃度為10mg/L的溶液中,分別震蕩0min、10min、20min、40min、60min、90min、120min、150min、180min后,過濾,測(cè)定吸附后Cr(Ⅵ)的含量。分別采用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、Elovich動(dòng)力學(xué)方程和W-M動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合。擬合相關(guān)系數(shù)越大,說明復(fù)合材料的吸附動(dòng)力學(xué)特征越符合方程對(duì)應(yīng)的模型。

  1.2.2.2 吸附等溫線實(shí)驗(yàn)

  為了研究復(fù)合材料的吸附等溫線特征,分別取0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g、0.8g配比為4%的復(fù)合材料,加入25mLCr(Ⅵ)初始濃度為10mg/L的溶液中,過濾,測(cè)定吸附后Cr(Ⅵ)的含量。分別采用Langmuir方程和Freundlich方程進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合。擬合相關(guān)系數(shù)越大,說明復(fù)合材料的吸附等溫線特征越符合方程對(duì)應(yīng)的模型。

  2、結(jié)果與分析

  2.1 正交實(shí)驗(yàn)

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  根據(jù)表1可知,將因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的大小從高到低排列順序?yàn)椋赫袷帟r(shí)間(因素E)>復(fù)合材料的投加量(因素D)>復(fù)合材料的配比(因素C)>初始Cr(Ⅵ)濃度(因素A)>pH值(因素B)。根據(jù)各個(gè)因素的最高水平均值,可以確定去除率最高的因素水平組合為A3B3C3D4E4。即以初始Cr(Ⅵ)濃度為15mg/L,調(diào)節(jié)pH值=7,8%配比的殼聚糖-硅藻土復(fù)合材料,投加量為0.6g,振蕩時(shí)間為50min時(shí),Cr(Ⅵ)的去除率最高。

  2.2 吸附動(dòng)力學(xué)方程

  為了研究殼聚糖-硅藻土復(fù)合材料及其配比對(duì)含鉻廢水中Cr(Ⅵ)去除率的影響,觀測(cè)其吸附動(dòng)力學(xué)模型分別以準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。

  8個(gè)150mL錐形瓶,分別加入25mL,濃度為15mg/L的模擬含鉻廢水,調(diào)節(jié)pH值=7,加入復(fù)合材料0.6g,在室溫下分別震蕩0min、10min、20min、40min、60min、90min、120min、150min后,過濾,測(cè)定吸附后Cr(Ⅵ)的含量。

  2.2.1 準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合

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  由圖1可知,隨著殼聚糖-硅藻土復(fù)合材料中殼聚糖的配比由4%、6%、8%變化到10%時(shí),對(duì)應(yīng)的擬合系數(shù)R2值分別為0.7454、0.7333、0.8369、0.9363,均小于0.99,表示準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程不能夠很好地?cái)M合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

  2.2.2 準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合

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  由圖2可知,隨著殼聚糖-硅藻土復(fù)合材料中殼聚糖的配比由4%、6%、8%變化到10%時(shí),對(duì)應(yīng)的擬合系數(shù)R2值分別為0.9998、0.9989、0.9995、0.9985,均大于0.99,表示準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能夠很好地?cái)M合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

  2.3 吸附等溫線

  利用Langmuir方程和Freundlich方程對(duì)復(fù)合材料的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合。分別以ρ為橫軸,以ρ/q為縱軸,作圖,結(jié)果見圖3。

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  分別以lnρ~lnq作圖,結(jié)果見圖4。

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  由圖3和圖4可知,在室溫下,Langmuir方程和Freundlich方程的R2值分別0.9922、0.9746,說明Langmuir方程能夠比Freundlich方程更準(zhǔn)確的描述Cr(Ⅵ)在殼聚糖-硅藻土復(fù)合材料上的吸附特征。

  3、結(jié)論

  隨著殼聚糖所占復(fù)合材料的比例的不斷增加,復(fù)合材料對(duì)Cr(Ⅵ)的去除率和吸附量先顯著增加,配比達(dá)6%后,Cr(Ⅵ)的去除率和吸附量增長(zhǎng)趨于平緩,保持在98%附近。

  吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著殼聚糖-硅藻土復(fù)合材料中殼聚糖的配比由4%、6%、8%變化到10%時(shí),準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合效果較好。吸附等溫線實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在室溫下說明Langmuir方程能夠比Freundlich方程更準(zhǔn)確的描述Cr(Ⅵ)在殼聚糖-硅藻土復(fù)合材料上的吸附特征。( >

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