染料廢水是水體污染的重要來源之一。由于粉煤灰(Fly Ash,FA)含有較多的活性物質(zhì),并具有一定吸附能力,常作為吸附劑,被用于處理染料廢水,但受其表面致密結(jié)構(gòu)的影響吸附能力較低。針對此,本研究以固廢粉煤灰為主要原材料,經(jīng)酸改性后采用溶液反應(yīng)法,簡單負(fù)載少量Zr(Ⅳ)離子制得一種新型的鋯負(fù)載改性粉煤灰(Zr/MFA)吸附劑,并優(yōu)化了其制備條件。采用比表面積和孔徑分析、SEM聯(lián)用EDS、XRD、FT-IR和UV-Vis DRS等表征測試手段對FA、MFA和Zr/MFA吸附劑的結(jié)構(gòu)、形貌和成分等分別進(jìn)行了表征分析。將Zr/MFA吸附劑用于吸附水溶液中的弱酸性艷藍(lán)RAW和弱酸性紅GRS,獲得優(yōu)化后的吸附條件,又考察了Zr/MFA吸附劑的再生利用,并探討其吸附機(jī)理,得到了下列結(jié)果:(1)Zr/MFA吸附劑制備條件的優(yōu)化,用2 mol/L的HCl溶液與FA在25℃下反應(yīng)30 min,然后以Zr(Ⅳ)離子和FA質(zhì)量比為1:20緩慢滴加Zr(Ⅳ)離子,繼續(xù)反應(yīng)20 min后,烘干、研磨并過250目篩即獲得Zr/MFA吸附劑。相同吸附條件下,Zr/MFA吸附劑吸附弱酸性艷藍(lán)RAW和弱酸性紅GRS的吸附量比FA增大了4.0和8.6倍。通過各種表征分析結(jié)果表明,酸改性使FA表面變得更加粗糙、孔隙雜質(zhì)減少、比表面積增大,孔隙增多,且Zr(Ⅳ)離子就以離子形式負(fù)載于MFA上。(2)Zr/MFA吸附劑對弱酸性艷藍(lán)RAW和弱酸性紅GRS優(yōu)化的吸附條件分別是,當(dāng)Zr/MFA吸附劑投加量為0.10 g,弱酸性艷藍(lán)RAW溶液的pH值為5.0,振蕩頻率為180 r/min,在25℃下,用Zr/MFA吸附劑吸附染料2 h,吸附量分別可達(dá)239.3 mg/g。將0.12 g的Zr/MFA吸附劑在25℃下投入到弱酸性紅GRS溶液(pH值是6.0)中,當(dāng)振蕩頻率為180 r/min時,振蕩吸附時間2 h,Zr/MFA吸附劑對弱酸性紅GRS的吸附量為125.5mg/g。(3)吸附動力學(xué)研究結(jié)果表明,Zr/MFA吸附劑對弱酸性艷藍(lán)RAW和弱酸性紅GRS的吸附速率較快,2 h可達(dá)到吸附平衡狀態(tài),擬二級動力學(xué)可很好的描述Zr/MFA吸附劑對弱酸性艷藍(lán)RAW和弱酸性紅GRS的吸附過程,吸附速率易受顆粒內(nèi)擴(kuò)散影響,但并非唯一控制步驟。(4)通過將Zr/MFA吸附劑吸附弱酸性艷藍(lán)RAW和弱酸性紅GRS的吸附等溫線分別用Langmuir、Freundlich和D-R等溫吸附模型進(jìn)行線性擬合,結(jié)果表明,Zr/MFA吸附劑吸附弱酸性艷藍(lán)RAW和弱酸性紅GRS的吸附等溫線均符合Langmuir等溫吸附模型,25℃下由其計算獲得的飽和吸附量分別為285.7 mg/g和185.2 mg/g,Langmuir計算得到的分離因子R_L均在0~1之間,說明吸附反應(yīng)均易于發(fā)生。(5)吸附熱力學(xué)結(jié)果表明,不同溫度下Zr/MFA吸附劑對弱酸性艷藍(lán)RAW和弱酸性紅GRS的熱力學(xué)常數(shù)△G°和△H°均為負(fù)值,表明的吸附均為自發(fā)式放熱反應(yīng),結(jié)合計算得到的Zr/MFA吸附劑對兩種弱酸性染料的表觀活化能Ea、平均吸附自由能E、和Zr/MFA吸附劑吸附兩種弱酸性染料前后的FT-IR和UV-Vis DRS分析,吸附主要是物理吸附和化學(xué)吸附.(6)Zr/MFA吸附劑的再生研究結(jié)果表明,選擇蒸餾水為合適的再生劑,當(dāng)再生時間為2 h,溫度為25℃時,吸附弱酸性艷藍(lán)RAW或弱酸性紅GRS飽和的Zr/MFA吸附劑至少可分別再生三次和一次。本研究制備的Zr/MFA吸附劑具有制備簡單、耗時少、廉價且高效等優(yōu)點,為粉煤灰基吸附劑的制備和染料廢水的處理工作提供了理論依據(jù),有望在粉煤灰和廢水處理工作中得到廣泛應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X703;O647.33
【文章目錄】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 染料廢水的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 染料的定義、應(yīng)用、分類及特征
        1.2.2 染料廢水的來源、特點及危害
        1.2.3 染料廢水的處理方法
            1.2.3.1 物理法
            1.2.3.2 化學(xué)法
            1.2.3.3 生物法
    1.3 吸附概述
        1.3.1 吸附作用
        1.3.2 吸附劑性能的比較
        1.3.3 吸附劑的解吸再生
    1.4 粉煤灰綜述
        1.4.1 粉煤灰的來源及性質(zhì)
        1.4.2 粉煤灰的危害
            1.4.2.1 土壤污染
            1.4.2.2 水質(zhì)污染
            1.4.2.3 大氣污染
        1.4.3 粉煤灰的應(yīng)用
            1.4.3.1 粉煤灰的綜合利用
            1.4.3.2 粉煤灰的改性在水環(huán)境中的應(yīng)用
            1.4.3.3 粉煤灰基吸附劑在染料廢水處理方面的應(yīng)用
    1.5 研究意義、目的、內(nèi)容及創(chuàng)新性
        1.5.1 研究意義和目的
        1.5.2 研究內(nèi)容
        1.5.3 創(chuàng)新性
第二章 實驗部分
    2.1 粉煤灰
        2.1.1 FA的采集及預(yù)處理
        2.1.2 FA的組成
    2.2 主要化學(xué)試劑及儀器
    2.3 實驗方法
        2.3.1 弱酸性染料最大吸收波長的測定
        2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
        2.3.3 Zr/酸改性FA復(fù)合吸附劑的制備
        2.3.4 吸附量的計算
        2.3.5 樣品的表征
        2.3.6 復(fù)合吸附劑的再生
第三章 Zr/MFA吸附劑的制備及其表征
    3.1 Zr/MFA吸附劑制備的結(jié)果與討論
        3.1.1 原料比對吸附的影響
        3.1.2 HCl濃度對吸附的影響
        3.1.3 制備時間對吸附的影響
        3.1.4 制備溫度對吸附效果的影響
        3.1.5 不同吸附劑吸附性能的比較
    3.2 樣品表征
        3.2.1 比表面積和孔徑分析
        3.2.2 SEM表面形貌分析
        3.2.3 EDS能譜分析
        3.2.4 XRD分析
        3.2.5 FT-IR分析
        3.2.6 UV-Vis DRS分析
        3.2.7 等電點
    3.3 本章小結(jié)
第四章 Zr/MFA吸附劑對弱酸性染料的吸附及其再生研究
    4.1 Zr/MFA吸附劑對弱酸性染料的吸附研究
        4.1.1 投加量對吸附的影響
        4.1.2 振蕩頻率對吸附的影響
        4.1.3 弱酸性染料溶液初始pH對吸附的影響
        4.1.4 接觸時間、染料初始濃度與溫度對吸附的影響
    4.2 Zr/MFA吸附劑的再生研究
        4.2.1 再生劑對Zr/MFA吸附劑再生性能的影響
        4.2.2 再生時間對Zr/MFA吸附劑再生性能的影響
        4.2.3 再生溫度對Zr/MFA吸附劑再生性能的影響
        4.2.4 再生次數(shù)
    4.3 本章小結(jié)
第五章 Zr/MFA吸附劑對弱酸性染料的吸附動力學(xué)和熱力學(xué)研究
    5.1 吸附動力學(xué)研究
    5.2 表觀吸附活化能
    5.3 等溫吸附研究
    5.4 吸附熱力學(xué)研究
    5.5 吸附機(jī)理分析
        5.5.1 吸附前后的FT-IR分析
        5.5.2 吸附前后的UV-Vis DRS分析
        5.5.3 吸附作用機(jī)理的探討
    5.6 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參與項目

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2893130