污泥-玉米芯碳化吸附剂制备及其对Pb2+的吸附特性

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本文利用西安市某城市污水处理厂产生的脱水污泥和西安市周边农村的玉米芯为原料,采用ZnCl2活化法混合共碳化制备污泥-玉米芯碳化吸附剂。通过正交实验法和单因素影响实验法等,确定了污泥-玉米芯碳化吸附剂的较佳制备条件,探明了吸附剂对Pb2+的吸附规律和对实际废水的处理效果;并通过吸附动力学模型和吸附等温模型拟合及BET、SEM和FT-IR表征分析,揭示了吸附剂对Pb2+的吸附机理,以期为污泥和玉米芯的资源化利用及含Pb2+废水处理提供借鉴和指导。影响污泥-玉米芯碳化吸附剂制备的因素主次顺序为:原料配比>碳化时间>碳化温度>浸渍比。在实验范围内,污泥-玉米芯碳化吸附剂的较佳制备条件为:以3mol/L的ZnCl2作活化剂,原料配比、浸渍比、碳化温度和碳化时间分别为1:3、1:3、450℃和0.5 h,此条件下制备的吸附剂的碘吸附值和产率分别为968.6 mg/g和18.7%。污泥-玉米芯碳化吸附剂孔隙结构丰富,比表面积为991.20 m2/g,以中孔为主;其N2吸附-脱附等温曲线为Ⅱ型吸附等温线。污泥-玉米芯碳化吸附剂吸附废水中Pb2+的较佳条件为:初始pH值、吸附温度和吸附时间分别为5.0-5.5、25℃和4.0 h。较佳条件下,吸附剂对Pb2+初始浓度为10 mg/L的模拟废水吸附效果较好,较佳吸附剂投加量为6 g/L时,Pb2+去除率和吸附量分别为90.10%和1.50 mg/g。Cu2+、Cd2+和Ni2+对Pb2+产生竞争吸附作用,污泥-玉米芯碳化吸附剂对各金属离子的选择性吸附顺序为:Cu2+>Pb2+>Ni2+>Cd2+。污泥-玉米芯碳化吸附剂解吸性能良好,再生利用性强,第6次吸附-解吸循环时,Pb2+去除率和解吸率分别为92.97%和93.92%。实际废水处理结果表明:当吸附剂投加量为32 g/L时,Cu2+几乎被完全吸附,Pb2+去除率达96.10%,处理后Pb2+和Cu2+分别达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中污染物最大允许排放浓度限值1.0 mg/L和0.5 mg/L。污泥-玉米芯碳化吸附剂对Pb2+的吸附更符合准二级动力学模型(R2为0.9971-0.9995)和Freundlich吸附等温模型(R2为0.9920-0.9966),为非均匀化学吸附,易自发进行。吸附Pb2+后,污泥-玉米芯碳化吸附剂表面的孔隙出现堵塞、孔洞明显减少且负载有大量光亮的条絮状物质,推测其为Pb2+吸附后形成的重金属化合物。在Pb2+吸附过程中,吸附剂上的羟基和羧基发挥主要作用。
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