花生壳对含铬废水的吸附研究毕业论文.docx

1、花生壳对含铬废水的吸附研究毕业论文花生壳对含铬废水的吸附研究毕业论文 第一章 前言 11.1 研究的背景及意义 11.2研究现状与分析 21.3 研究目的和容 31.3.1 研究目的 31.3.2 研究容 31.4 研究的技术路线 4第二章 花生壳吸附六价铬的实验方法与材料 52.1实验材料 52.1.1 实验试剂 52.1.2实验仪器 52.1.3实验试剂的配制 52.2 实验方法 62.2.1花生壳预处理 62.2.2花生壳改性方法 62.2.3花生壳活化方法 72.3 六价铬的测定方法 72.4 标准曲线的绘制 8第三章 花生壳对Cr6+最佳吸附条件的探讨 93.1 概述 93.2花生壳

2、目数对花生壳吸附Cr6+性能的影响 93.3投加量对花生壳吸附Cr6+性能的影响 103.4 吸附时间对花生壳吸附Cr6+性能的影响 113.5溶液pH对花生壳吸附Cr6+性能的影响 113.6吸附温度对花生壳吸附Cr6+性能的影响 123.7花生壳吸附等温模型 133.8 本章小结 14第四章 改性花生壳对六价铬离子的吸附研究 154.1 概述 154.2不同改性方法对花生壳吸附Cr 6+性能的影响 154.3 投加量对改性花生壳吸附Cr 6+性能的影响 164.4 溶液pH对改性花生壳吸附Cr 6+性能的影响 164.5 吸附温度对改性花生壳吸附Cr 6+性能的影响 174.6 吸附时间对

3、改性花生壳吸附Cr6+性能的影响 184.7改性花生壳吸附等温模型 194.8 本章小结 20第五章 花生壳活性炭对六价铬离子的吸附研究 215.1概述 215.2 花生壳活性炭最佳制备工艺探讨 215.2.1 最佳ZnCl2浓度 215.2.2 最佳活化温度 225.2.3 最佳料液比 235.2.4 最佳活化时间 245.3 花生壳活性炭对六价铬最佳吸附条件的探讨 255.3.1投加量对花生壳活性炭吸附Cr 6+性能的影响 255.3.2 溶液pH对花生壳活性炭吸附Cr6+性能的影响 265.3.3 吸附时间对花生壳活性炭吸附Cr6+性能的影响 265.3.4 吸附温度对花生壳活性炭吸附C

4、r6+性能的影响 275.3.5 吸附等温模型 285.4 本章小结 28第六章 结论与建议 30参考文献 31致 谢 34第一章 前言1.1 研究的背景与意义吸附法是利用吸附剂的独特结构去除重金属离子的一种具有潜力的污水净化措施。常用的高效吸附剂是活性炭，但因制备成本高、再生困难，使其应用受到限制。近年来，生物质材料（如花生壳）作为吸附剂用于污水净化逐渐成为一个研究热点，虽然生物质材料来源丰富、取材方便、价格低廉、用后不必再生、可直接处理，大大降低了重金属废水的处理费用，因而具有很好的应用前景1-2。目前报道的去除重金属的吸附剂除了树脂和改性的活性炭外，还有各种矿物、黏土以及廉价的生物吸附材

5、料。尽管这些材料廉价（如花生壳），但普遍存在吸附量不高，很难得到实际应用，因此开发廉价且高效的重金属吸附剂是最为关键的核心问题3。由于花生壳粉末的主要成分中的酚羟基、氨基等对水溶液中金属离子具有较好的交换、结合能力，利用花生壳作为吸附剂去除废水中的重金属离子具有很好的吸附效率。以花生壳为基础原料进行改性、活化可制备出新型吸附剂，具有较高且稳定的吸附能力4。铬处于周期表中的第vi副族，在自然界中，主要以Cr3+和Cr6+存在。含铬废水中的铬主要以Cr6+化合物存在，与Cr3+相比，Cr6+具有致癌致突变能力，在低浓度下也具有相当高的毒性，而且容易迁移，具有很强的氧化能力，其毒性是Cr3+的500

6、倍，对环境具有很大的危害，因而降低水体中铬的含量就显得尤为重要5。然而重金属不能被生物降解，往往通过食物链在生物体累积，对生态环境危害极大，是环境质量的重要指标。据估计，全球每年释放到环境中的有毒重金属达数百万吨，造成水体中重金属污染，一直是世界普遍存在的环境污染问题。在我国，Cr6+广泛运用于电镀、制革、采矿、化工、印染等工业，重金属经常污染地表水和地下水，特别是人为排放和环境事故中高浓度重金属会严重污染河流和湖泊，危害生态系统，甚至造成人类饮用水的危害3。因此含铬废水的有效处理己成为全世界环境科技工作者共同关注的问题6。花生壳作为一种农业废弃物，我国资源丰富，但开发应用相对不足，除少量用作

7、饲料外，大量被烧掉或扔掉，造成环境污染和资源浪费7。将花生壳改性和制备成活性炭用于废水处理，可达到以废治废，实现经济效益、社会效益及环境效益的统一。本文以花生壳为基础，研究了未改性花生壳、改性花生壳以及花生壳活性炭对水中Cr6+的吸附作用，探索花生壳用于废水处理，为花生壳在含Cr6+废水净化处理中的应用提供理论依据8。1.2研究现状与分析目前采用花生壳作为吸附剂处理Cr6+的研究已有报导。周艳等6将一定量过0.147mm筛的花生壳，放入60的烘箱中干燥，制得普通花生壳吸附剂，研究了pH值、吸附时间、吸附温度、吸附剂用量对吸附效果的影响。得出最佳反应条件为：pH值为1.00、在室温条件下，向50

8、mL 20 mgL-1的Cr6+溶液中加入0.50g吸附剂，吸附反应1h，Cr6+的去除率达84.6%。智峰等9将水洗干燥过0.5mm筛的花生壳50g置于大烧杯中，加入500mL、1molL-1的磷酸溶液，搅拌1h后离心去除液体部分，用75去离子水洗，去除游离的磷酸，在50下烘干制得吸附剂。通过分析溶液pH值、溶液中Cr6+的初始浓度等因素对吸附效率的影响，得出pH值对吸附效率的影响最大，最佳吸附条件为：溶液pH值2.O0，Cr6+浓度为40mgL-1，花生壳粉末投加量30gL-1，反应时间100min，Cr6+的去除率达96.81%。王恩萱10将花生壳粉碎后取粒径介于2-5mm的颗粒，洗净烘

9、干，研究花生壳活化温度、活化时间、花生壳与氯化锌的料液比、氯化锌质量浓度对花生壳制备的影响，从而制得花生壳活性炭，并研究了pH值、吸附时间、吸附温度、吸附剂用量对吸附效果的影响。最终得出最佳吸附条件为：活化温度为500，活化时间为1h，花生壳与氯化锌溶液的料液比为1:2，氯化锌溶液质量浓度为30%，制得的活性炭。通过正交实验得出了花生壳活性炭处理六价铬的最佳工艺条件是：吸附温度45，吸附时间60min，振荡速率190r/min，活性炭用量2g/L，溶液浓度颗粒扩散；颗粒外扩散颗粒扩散；颗粒外扩散颗粒扩散。对于前两种情况，吸附速率分别由颗粒外扩散或颗粒扩散控制。通常情况下，颗粒扩散控制整个吸附过

10、程的条件是：混合效果良好、吸附质浓度高、颗粒粒径大、吸附质和吸附剂之间的亲和力差；反之，吸附过程则由颗粒外扩散控制12。3.2花生壳目数对花生壳吸附Cr6+性能的影响取10-20目，20-40目，40-100目，100目以下花生壳各1.20g于100mL锥形瓶中，分别加入pH为2.00的100mL、20mg/L的六价铬溶液，温度为20时，恒温振荡100min，测定吸光度，计算去除率。表3-1 花生壳目数对花生壳吸附Cr6+性能的影响粒径（目）10-20目20-40目40-100目100目以下去除率51.46%55.06%60.22%66.29%考察花生壳目数对吸附效果的影响，由表3-1可以看出

11、，花生壳的吸附能力随着花生壳目数的升高，去除率不断上升，直至100目以下，去除率最高达到66.29%，可见目数对吸附率有很大的影响。由于花生壳对Cr6+的吸附以物理吸附为主，控制不同目数花生壳，从而控制其材料的比表面积，结果表明花生壳比表面积越大，吸附能亦越大17，粒径100目以下的吸附效果较好，但由于粒径较小，较难与溶液分离，故本实验选择40-100目花生壳作为吸附剂。3.3投加量对花生壳吸附Cr6+性能的影响分别取40-100目花生壳0.40g、0.60g、0.80g、1.00g、1.20g、1.40g于100mL锥形瓶中，加入pH为2.00的100mL、20mg/L的六价铬溶液，温度为2

12、0时，恒温振荡100min，测定吸光度，计算去除率。图3-1投加量对花生壳吸附Cr6+性能的影响考察花生壳用量对吸附的影响，由图3-1可知，随着花生壳用量的增加Cr6+去除率逐渐增大，直至用量为1.20g时，去除率最高达到68.08%。由于增大花生壳用量，比表面积增大，孔道增多，使得可接受Cr6+的活性点位增多6。当花生壳用量达到1.20g后，随着花生壳用量的增加去除率保持不变，甚至因花生壳与溶液难以分离导致去除率下降。故本实验选择花生壳的投加量为1.20g。3.4 吸附时间对花生壳吸附Cr6+性能的影响取40-100目花生壳1.20g于100mL锥形瓶中，加入pH为2.00的100mL20m

13、g/L的六价铬溶液，温度为20时，恒温振荡20min、40min、100min、120min、140min、150min、160min，测定其吸光度，计算去除率。图3-2吸附时间对花生壳吸附Cr6+性能的影响考察吸附时间对去除率的影响，由图3-2所知，花生壳对的Cr6+去除率随吸附时间延长而呈递增趋势。主要原因是吸附初始阶段花生壳表面有大量的活性点位，能迅速聚集溶解于水中的Cr6+，并且较高的浓度差造成的传质推动力；随着吸附反应的不断进行，花生壳表面堆积了大量Cr6+，提供的活性位点减少，阻碍了Cr6+运动，同时溶液中Cr6+浓度在迅速下降使Cr6+在两相中的浓度差驱动减弱，吸附效率下降低，去

14、除率变缓6。在时间为150min时，Cr6+去除率达到最高为79.90%，而随后去除率随时间的延长基本保持稳定。故本实验选择吸附时间为150min。3.5溶液pH对花生壳吸附Cr6+性能的影响溶液pH会影响Cr6+水溶液中的形态，并对吸附剂上的化学官能团活性产生影响18-19。分别取40-100目花生壳1.20g于100mL锥形瓶中，加入100mL 20mg/L的六价铬溶液，在温度为20，恒温振荡150min，调节溶液pH分别为2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、7.00，测定其吸光度，计算去除率。图3-3 溶液pH对花生壳吸附Cr6+性能的影响考察溶液pH对花生壳吸附Cr6+的

15、影响，由图3-3可知，随着pH的下降，去除率逐渐下降，以上数据表明，酸性环境有利于吸附剂对Cr6+的吸附，溶液pH的升高不利于吸附反应的进行。当pH=2.00时，去除率达到最高56.16%。故本实验选择溶液pH为2.00。3.6吸附温度对花生壳吸附Cr6+性能的影响分别取40-100目花生壳1.20g于100mL锥形瓶中，加入100mL 20mg/L的六价铬溶液，在pH为2.00，恒温振荡150min，温度分别为15、20、25、30、35、40时，测定其吸光度，计算去除率。考察吸附温度对花生壳吸附Cr6+的影响，由图3-4可以看出，当温度为20时，去除率达到91.90%。随着温度升高，去除率

16、先上升后下降，温度达到20后，去除率效率下降。故本实验选择吸附温度为20。图3-4 吸附温度对花生壳吸附Cr6+性能的影响3.7花生壳吸附等温模型取40-100目花生壳1.20g于100mL锥形瓶中，分别加入100mL溶液浓度分别为15 mg/L、20 mg/L、25 mg/L、30 mg/L、35 mg/L的六价铬溶液，温度为20，pH为2.00，恒温振荡150min，测定其吸光度，计算最大吸附量。Langmuir模型20是最常用的吸附等温线方程，基于以下假设条件：吸附质只能在固体表面上呈单分子层吸附；固体表面的吸附作用是均匀的；被吸附分子之间无相互作用。Cr6+在花生壳吸附量上的公式： q

17、=（C0-Ce）V/m (式2-1)q为平衡吸附量，/g；C0为Cr6+的初始浓度浓度，g/L；Ce为Cr6+平衡时的浓度，g/L；V为Cr6+溶液的体积，L；m为花生壳质量，g。Langmuir模型其线性表达式为： Ce/qe=Ce/qm+1/bqm (式2-2)式中：qe平衡时的吸附量，mg/g；qm饱和吸附量，mg/g；Ce一吸附平衡时Cr6+的浓度，mg/L； b一吸附速率常数，L/mg。由图3-5可知，（1）Langmuir等温吸附模型线性相关性符合较好，相关系数大为0.8869，可以很好的描述Cr6+在花生壳上的吸附行为；（2）从Langmuir吸附等温式的参数中可以判断出吸附过程

18、中存在最大饱和吸附量，其值为1.1877mg/g。表3-2 未改性花生壳 Langmuir相关参数（温度20）模型拟合方程相关系数Langmuiry=0.842x+2.2468R2=0.7866qm =1.1877b=0.3748图3-5花生壳吸附等温模型3.8 本章小结根据花生壳目数、花生壳用量、溶液pH、吸附时间、吸附温度因素的条件下，使用单一变量，确定吸附最佳条件。使用花生壳对六价铬吸附，在花生壳用量为1.20g、溶液pH为2.00、振荡时间为150min、吸附温度为20，花生壳目数为40-100目、溶液浓度为20mg/L条件下吸附率可达91.90%。第四章 改性花生壳对六价铬离子的吸附

19、研究4.1 概述改性花生壳主要是指对其表面结构特性和表面化学性质进行改性，以适合吸附不同的污染物。表面物理结构改性是指通过物理或化学的方法增大吸附材料比表面积，控制孔径大小及其分布，从而提高其物理吸附性能。表面化学性质改性主要是通过氧化还原反应提高吸附材料表面含氧酸性、碱性基团的相对含量以及负载金属改性，提供特定吸附活性点，调节其极性、亲水性以及与金属或金属氧化物的结合性，从而改变对极性、弱极性或非极性物质的吸附能力21。目前，国外的改性的方法有酯化改性、甲醛/硫酸改性、磷酸改性、硝酸改性、盐酸改性等，酯化改性方法去除率最高可达98.70%，甲醛/硫酸改性方法去除率最高可达97.10%，磷酸改

20、性方法去除率最高达到96.81%，硝酸改性方法去除率最高可达87.00%，盐酸改性方法去除率最高可达71.00%，结合以上描述及实验室条件，该实验采用甲醛/硫酸改性、硝酸改性、磷酸改性。花生壳的酸性甲醛改性对重金属离子的吸附有较大影响。改性过程使花生壳中一些含有羟基、羧基、芳香环、CO和COC键的混合物被脱除。改性后花生壳的等电点略有升高,而和羧基有关的表面负电荷量则明显降低。改性使羧基减少的同时也暴露了新的Cr 6+的吸附位点。改性还有利于增加重金属离子在花生壳孔中的传质速率,从而使吸附达到平衡的时间略有减少14。4.2不同改性方法对花生壳吸附Cr 6+性能的影响采用H3PO4、甲醛/硫酸=1:5、HNO3三种改性方法, 分别取三种方法改性的40-100目花生壳1.20g于100mL锥形瓶中，加入100mL、20 mg/L的六价铬溶液，在温度为20，pH为2.00，恒温振荡150min，测定吸光度，计算去除率。考察三种改性方法对去除率的影响，可以看出三种改性方法的去