活性炭吸附重金属

改性活性炭吸附水中重金属镉的研究,1,二、重金属的去除方法,三、活性炭对重金属的吸附,四、吸附剂的改性方法,一、研究意义与背景,五、结论,2,一、研究意义与背景,镉由于毒性太大，被列为重金属“五毒”之一。极微量的镉就可对人体造成伤害。我国近年来重金属污染事件频发，对我国的饮用水安全和食品安全造成了严重的威胁，危害到人类的健康。镉具有稳定、积累和不易消除的特点，可通过食物链富集，对人体产生慢性中毒。“痛痛病”污水综合排放标准(GB8978-1996)将镉列为第一类污染物，总镉最高允许排放浓度为0.1 mg/L。,3,受到有毒镉污染的农田,4,传统的重金属去除工艺适用于较高浓度的重金属离子的去除，而适用于低浓度的去除技术如反渗透法等成本太高，需开发高效、方便并且成本合理的重金属的去除技术。活性炭吸附对有机污染物有较好的去除效果，通过改性可改变活性炭表面特性从而提高对重金属的吸附。,一、研究意义与背景,5,生活饮用水标准,6,二、重金属的去除方法,7,化学法1、化学沉淀法 （1）碱性化学沉淀法 （2）硫化物沉淀法 （3）组合或其它化学沉淀法,二、重金属的去除方法,8,利用化学沉淀法去除重金属离子,9,2、重金属捕集剂 重金属捕集剂能与重金属离子发生强力螯合作用，迅速生成不溶于水、含水量低、易过滤分离的絮状沉淀，从而去除重金属离子。3、离子交换法 最常用的离子交换树脂是带有磺酸基团(-SO3H)的酸性树脂，和带有羧基基团(COOH)的弱酸性树脂。 离子交换法不会产生二次污染，并可回收重金属,但树脂容易被氧化和污染，对预处理要求高。,二、重金属的去除方法,10,物理化学法1、膜分离技术 包括：微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透。 微滤膜为 0.1 m 级别孔径的膜，用来去除悬浮颗粒物、藻类、细菌等； 超滤膜为 0.01 m 级别的膜，用来去除小的胶体和病毒； 纳滤和反渗透都可以用来去除金属离子，但反渗透去除体积更小的离子，孔径为 0.01 m 级别和纳米级别。,二、重金属的去除方法,11,2、吸附法 吸附法包括活性炭吸附、碳纳米管吸附、低成本吸附剂吸附等。 活性炭在重金属的处理中也被广泛地使用着，活性炭的微孔和中孔结构使之具有巨大的比表面积 ，主要以粉末状或颗粒状形式存在。,二、重金属的去除方法,12,生物修复法 生物吸附技术：利用生物体的化学特性来吸附水中的金属离子，主要通过本身所带的负电荷来吸附金属阳离子。 典型的生物吸附剂主要有三种来源: (1) 非活性的生物质，比如树皮、木质素、蟹壳等； (2) 藻类生物质； (3) 微生物类生物质，比如细菌、真菌和酵母菌。,二、重金属的去除方法,13,植物修复技术：主要是通过植物根系的根际圈分泌物质和土壤中的生物的新陈代谢活动来吸收、吸附和降解污染物等，是土壤修复的重要技术。 用植物处理重金属主要有三个主要原理: （1）从对废水中的有毒金属进行吸取、沉淀或富集； （2）萃取土壤中或者水中的重金属，富集运输至根部和枝条部分，然后移去根部或者枝条部分； （3）降低有毒金属的活性，从而减少重金属在水体和空气中传播 。,二、重金属的去除方法,14,重金属去除的主要传统工艺的优缺点,活性炭的表面官能团 含氧基团有羧基、酚羟基、羰基、内酯基及酸酐等，含氮官能团主要有吡啶、酰胺等。,三、活性炭对重金属的吸附,16,活性炭表面含氧官能团,活性炭表面含氮官能团,17,吸附模式 活性炭吸附金属通常符合 Langmuir 和 Freundlich 模式。,吸附容量公式,Langmuir型方程,Freundlich型方程,V 为镉溶液体积，qe (mg/g 或者 mmol/L/g)为平衡吸附容量，qm为最大吸附容量，单位相同，m(g)为活性炭的质量，b(L*mmol/Lol-1)为平衡常数。,三、活性炭对重金属的吸附,18,吸附机理,炭表面羧基与金属离子交换的机理图,三、活性炭对重金属的吸附,19,影响因素 1、活性炭的表面特性：孔隙结构、比表面积、零电荷点、表面官能团等。 2、吸附质的性质：吸附质的存在形态，半径大小、所带电荷、浓度等。 3、溶液性质：pH、温度、离子强度等。,三、活性炭对重金属的吸附,20,酸碱改性 通过酸改性主要是为了增加活性炭表面的含氧官能团的含量。,四、吸附剂的改性方法,臭氧氧化活性炭表面生成酚羟基和羧基的过程,21,氨基化法 对碳纳米管进行氧化再添加氨基的改性方法。,多壁碳纳米管的改性,四、吸附剂的改性方法,22,其它改性方法 通过接枝一些具有很多配位基团的化学试剂也可以促进对金属的吸附，这些化学试剂主要包含氧官能团，氨基，含硫基团，对金属有很好的配位或者螯合作用。,四、吸附剂的改性方法,23,吸附法处理含镉废水的控制条件比较多，如吸附剂的粒度、吸附剂的添加量、废水