牛粪对铅离子的吸附特性研究

目录TOC\o"1-3"\u1绪论 11.1含铅废水的来源 11.2含铅废水的危害 11.3含铅废水的处理方法 21.4研究目的和意义 31.5本课题的研究内容 32材料的制备与表征 42.1仪器与试剂 42.2吸附剂的制备 42.3吸附剂的表征 52.4吸附实验方法 53牛粪对铅离子的吸附特性研究 63.1pH对牛粪吸附铅离子的影响 63.2牛粪用量对吸附的影响 63.3反应时间对牛粪吸附铅离子的影响 73.4牛粪对铅离子的吸附动力学研究 83.4.1牛粪对铅离子的准一级动力学研究 83.4.2牛粪对铅离子的准二级动力学研究 93.5等温吸附研究 103.5.1Langmuir等温吸附 表错误!文档中没有指定样式的文字。3可以得知，三个温度下用Freundlich等温吸附曲线模拟牛粪吸附铅离子的相关系数分别为0.9932、0.9945、0.9925，R2均大于0.99，相对于Langmuir模型的相关系数来说，Freundlich模型更适合模拟牛粪吸附水中Pb2+的实验数据。方程y=0.4198x+1.2423是298.15K时牛粪对铅离子的Freundlich等温吸附方程；方程y=0.4225x+1.2643是308.15K时牛粪对铅离子的Freundlich等温吸附方程；方程y=0.4213x+1.2877是318.15K时牛粪对铅离子的Freundlich等温吸附方程；斜率1/n分别为0.4198、0.4225、0.4213，1/n值均在0.1~1.0之间，等温吸附常数Kf分别为17.47、18.38、19.40。3.6热力学研究在等温吸附研究中，我们探究了温度对牛粪吸附Pb2+的影响（图3-6），当平衡浓度Ce不变时，吸附容量随温度的升高而增大，说明吸附反应在较高温度下有较好的可行性。为了进一步揭示牛粪对铅离子的吸附效率的影响，对吸附进程进行热力学研究，吸附的热力学，如自由能变化、焓变化和熵变化可从以下方程获得：G=-RTlnK(3-7)(3-8)其中，R为摩尔气体常数，T为反应温度，K是热力学平衡常数，通过绘制ln（Qe/Ce）与Qe，并外推到零C来确定[39]，由式(3-7)计算得ΔG,由lnK对1/T作图，结果见图3-9，从图中直线的斜率确定ΔH，从图中直线截距获得ΔS。所得热力学函数值见表3-5。图STYLEREF1\s错误!文档中没有指定样式的文字。9lnK对1/T作图表STYLEREF1\s错误!文档中没有指定样式的文字。5牛粪吸附铅离子的热力学参数T(K)KG(kJmol-1)S(Jmol-1k)H(kJmol-1)298 2.2475-2.0063082.3596-2.12717.4773.1963182.4371-2.207ΔG的负值表明，牛粪对Pd2+的吸附过程是自发的。此外，随着温度的升高，ΔG减小，说明温度的升高有利于Pb2+的吸附。这与温度对牛粪吸附Pb2+的影响相一致。ΔH的正值表明吸附是吸热的。ΔS的正值也表明了在吸附Pb2+到牛粪上的过程中，生物吸附的可行性以及吸附剂/溶液界面的随机性增加[40]。结论牛粪吸附Pb2+的最佳pH范围为5.35~6.86，当Pb2+初始浓度为20mg/L时，牛粪的浓度为1g/L时，吸附率达到93.8%，吸附在150分钟内达到平衡，平衡吸附容量分别为18.92mg/g。动力学研究表明，在298.15K、308.15K、318.15K三种不同温度下，准二级动力学模型比准一级动力学模型更好的描述牛粪吸附铅离子的吸附情况。吸附等温模型表明，在298.15K、308.15K、318.15K三种不同温度下，Freundlich模型比Langmuir模型更好的描述牛粪吸附铅离子的吸附情况。热力学研究表明，牛粪吸附铅离子的过程是吸热和自发的，牛粪能有效的去除废水中的铅离子。参考文献[1]邹家庆.《工业废水处理技术》[M].北京:化学工业出版社,2003.11-15.[2]王立娜.生物吸附法去除废水中重金属离子[D].长春:长春理工大学无机化学,2008.6-7.[3]陶勇.儿童铅中毒与人口素质[J].科技视线,2000,10:18-19.[4]奚旦立,孙裕生,刘秀英.环境监测[M].北京:高等教育出版社,1996.13-14.[5]国家环境保护局.水和废水监测分析方法指南[M].中国环境科学出版社,1990.72-73.[6]SCapelo.Effectofleadontheuptakeofnutrientsbyunicellularalgae[J].WaterResearch,1993,27(11):1563-1568.[7]王绍文,姜凤有.重金属废水治理技术[M].北京:冶金工业出版社,1993.1015.[8]VUpadhyula,SDeng,MMitchell,etal.Applicationofcarbonnanotubetechnologyforremovalofcontaminantsindrinkingwater:areview[J].ScienceoftheTotalEnvironment2009,408:1-13.[9]RDas,CVecitis,ASchulze,etal.Recentadvancesinnanomaterialsforwaterprotectionandmonitoring[J].ChemicalSocietyReviews2017,46:6946-7020.[10]贺俊兰,迟丽荣.化学沉淀法处理含铅废水[J].工业水处理,1992,2(12):36-37.[11]CCarolin,PKumar,ASaravanan,etal.Efficienttechniquesfortheremovaloftoxicheavymetalsfromaquaticenvironment:Areview[J].JournalofEnvironmentalChemicalEngineering,2017,5:2782-2799.[12]JWen,YFang,GZeng.Progressandadsorptiveremovalofheavymetalionsfromaqueoussolutionusingmetal-organicframeworks:Areviewofstudiesfromthelastdecade[J].Chemosphere,2018,201:627-643.[13]CDe,DPletcher.TheremovalofPb2+fromaqueoussolutionsusingareticulatedvitreouscraboncathodecell-theinfluenceoftheelectrolytemedium[J].ElectrochimActa,1996,41(4):533-540.[14]许振良,徐惠敏,翟晓东,等.胶束强化超滤处理含镉和铅离子废水的研究[J].膜科学与技术,2002,22(3):15-20.[15]RCWidner,MFBSousa,RBertazzoli.Electrolyticremovalofleadusingaflowthroughcellwithareticulatedvitreouscarboncathode[J].JournalofAppliedEletrochemistry,1998,28:201-207.[16]曹伟,傅佩玉,韩中华,等.天然沸石处理含铅废水的试验研究[J].环境导报,1998,(2):20-22.[17]王士龙,张虹,谢文海等.用陶粒处理含铅废水[J].济南大学学报:自然科学版,2007,17(3):295-297.[18]刘阍,羊依金,陈红燕,等.膨润土颗粒吸附剂的制备及废水中铅离子的处理研究[J].

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