静电吸附和离子吸附

几种吸附材料处理重金属废水的效果

来源：考试吧（） 2006-3-5 13:27:00 【考试吧：中国教育培训第一门户】 论文大全

摘要 用室内分析的方法研究了几种吸附材料对含铬、铜、锌、铅的废水的吸附处理效果。结果表明，在几种吸附材料中，以活性炭的吸附量和去除率比较高，且吸附量随废水中重金属含量的降低而减小，除铬外，其他离子的去除率则以低浓度时比较高。所有吸附材料均对铅的吸附量比较大，改性硅藻土和改性高岭土对重金属的吸附量也比较大，宜于在重金属处理中作为吸附剂推广使用。

关键词吸附材料 重金属废水 吸附率 吸附量

近年来，含有重金属的废水对人类的生活环境造成了巨大的危害，重金属离子随废水排出，即使浓度很小，也能造成公害，严重污染环境，影响人们的健康。所以，研究如何降低废水中重金属的含量，减轻重金属对环境的污染具有重大意义。目前，去除废水中重金属的方法主要有三种：一是通过发生化学反应除去废水中重金属离子的方法 [1]；二是在不改变废水中的重金属的化学形态的条件下对其进行吸附、浓缩、分离的方法；三是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法。其中吸附法是比较常用的方法之一。本试验采用物理吸附的方法研究几种吸附材料处理含重金属废水的效果，以便找出比较高效和便宜的吸附材料，为降低处理含重金属的废水成本和增加经济效益服务。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 吸附材料 实验所用吸附剂除黄褐土外均来自于安徽科技学院资源与环境实验室，部分吸附材料在查阅文献的基础上进行了化学改性[3，4]。 所用的吸附材料包括改性硅藻土、酸改性高岭土、改性高岭土、活性炭和黄褐土。改性硅藻土的处理过程为：将40

g硅藻土加入到0.1 mol/L的Na2CO3溶液中，边搅拌边慢慢地加入饱和的CaCl2溶液。反应结束后，过滤，置于烘箱内 105 ℃条件下干燥。酸改性高岭土的处理过程为：将高岭土过100目筛，在850 ℃煅烧5 h后，取一定量的高岭土加盐酸浸没，在90 ℃恒温下处理7 h，4000转下离心分离30 min，洗涤，120 ℃下烘干过夜。改性高岭土的处理过程为：取5 g高岭土加入2 g SiO2，1 g Na2CO3，1 g KClO3放入研钵中研细，混匀，置于高温炉中，控制温度在800 ℃，恒温3 h。活性炭直接取自于资环实验室。黄褐土采自于安徽科技学院种植科技园，土壤样品采集后，风干，过100目筛备用。

水中重金属离子吸附研究

1 引言

重金属作为一类常规的水体污染物,因其具有毒性较高,无法降解等特点,成为水体污染物中危害极大且备受关注的一种.随着工业的发展,重金属的污染问题日益突出.目前为止,对于水体的重金属污染,主要的处理方法包括吸附法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、生物絮凝法等.其中,吸附法拥有材料便宜易得,操作简单,重金属处理效果较好等优点,因而被研究者所重视.

吸附法是使重金属离子通过物理或者化学方法粘附在吸附剂的活性位点表面,进而达到去除重金属离子目的的方法,常用的吸附剂包括天然材料和人工材料两种,天然材料包括活性炭(Mouni et al., 2011)、矿物质(Kul and Koyuncu, 2010)、农林废弃物(谭优等,2012)、泥沙(夏建新等,2011)等,人工材料包括纳米材料(黄健平和鲍姜伶,2008)等.一般来说,天然材料较易获取,成本较低,但吸附效果较差,人工材料制备成本高于天然材料,但吸附效果较好.

由Kasuga于1998年首次合成的钛酸盐纳米管(Titanate Nanotubes,TNTs)是近年来新兴的人工吸附材料(Kasuga et al., 1998).由于TNTs表面积大,管径小,表面富含大量离子交换位点(Liu et al., 2013;Wang et al., 2013a; Wang et al., 2013b),使得TNTs拥有极强的重金属离子吸附性能,研究证明其对水中的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)吸附能力分别超过了500 mg·g-1和200

mg·g-1,远超于其他吸附材料(Xiong et al., 2011).同时,由于其良好的沉降性能和极快的吸附速率,以及易于解吸再生的特点(Wang et al., 2013b),使得TNTs拥有良好的研究价值和应用潜力.

然而,传统的TNTs合成方法以P25型TiO2为钛前驱体,需130 ℃水热反应72 h(Wang et al.,

静电吸附现象的原理：

当一个带有静电的物体靠近另一个不带静电的物体时，由于静电感应，没有静电的物体内部靠近带静电物体的一边会产生与带电物体所携带电荷相反极性的电荷（另一侧产生相同数量的同极性电荷），由于异性电荷互相吸引，就会表现出“静电吸附”现象。

举例：

带负电荷的玻璃棒，靠近不带电的小纸片，小纸片靠近玻璃棒的一边会感应出正电荷（另一边感应出的是负电荷）；然后玻璃棒的负电荷与小纸片中的正电荷互相吸引，产生“静电吸附”现象。

静电吸附的应用：

利用静电发生器产生的静电施加在要吸附的物体上，物体立即带上静电并吸附在物体上，使原来不平整如四周向上翘起不平的物体如无织布、纸等加上静电后能平整地吸附在金属板、木板等上以便进行下一步的操作，这种方法在钢材生产、木材生产和模具行业等中有广泛的应用。

利用静电发生器对物体施加静电以产生吸附作用在其它行业也有很多应用，使用时可以根据情况调节静电发生器的输出的高低来调节吸附力的大小。

EST系列静电发生器有保护电路，使得输出在不小心发生短路时能保护，同时也能保护操作人员在使用不当时不会因高压静电造成人员生命的安全问题。

这种静电发生器通常不用非常高的精度，也不用非常高的电压，因此，根据不同的情况选用价格低的EST801静电发生器（0-8kv)或JDF-1静电发生器(0-80kV)是就足够使用了，当然，如果经济条件可以，选用高精度的静电发生器更能保证效果与质量。

该议器的输出电压可在8千伏至3万伏之间连续可调，使用者可根据地面灰尘的薄厚，决定使用的电压。当地面灰尘较厚时应选择低电压，当地面灰尘较薄时应选择高电压。经过一段时间的应用，使用者可以积累一些相关经验，利用该仪器提供的充分选择，实现最佳的提取效果。提取成趟足迹镀膜塑料布35与静电吸附器结合提取成趟足迹。将塑料布卷成筒状放置在足迹旁边，吸附器正极接触镀膜面，负极接地，按下静电开关，高压静电从正极流入镀膜塑料布的表面，同性电荷的相互排斥力推动塑料布展开并覆盖在足迹上。塑料布上的静电荷产生强大的电场将灰尘吸附上来，并粘附在塑料布的表面上。尺寸：50?00cm提取单个足迹镀膜塑料布35在黑色塑料布的一面电镀一层金属膜，在塑料布的一端附加一块绝缘层。使用时，手持绝缘层，提起塑料布，使另一端贴近足迹接触地面。用静电吸附器的电极接触镀膜面，进行充电，在充电的同时，缓慢放下塑料布，塑料布会平整地铺盖在足迹上。充电结束后，提起塑料布，就可以在塑料布的黑色面看到灰尘足迹。尺寸：36?2cm静电板12与静电吸附器结合，提取软面客体上的灰尘足迹。在床面、沙发面上的灰尘足迹不能用塑料布提取，应使用静电板提取。

物理吸附和化学吸附的异同

根据吸附剂表面与被吸附物之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附与化学吸附。同一物质，可能在低温下进行物理吸附而在高温下为化学吸附，或者两者同时进行。吸附作用的大小跟吸附剂的性质和表面的大小、吸附质的性质和浓度的大小、温度的高低等密切相关。如活性炭的表面积很大，吸附作用强；活性炭易吸附]沸点高的气体，难吸附沸点低的气体。

物理吸附是被吸附的流体分子与固体表面分子间的作用力为分子间吸引力，即所谓的范德华力(Vanderwaals)。因此，物理吸附又称范德华吸附，它是一种可逆过程。当固体表面分子与气体或液体分子间的引力大于气体或液体内部分子间的引力时，气体或液体的分子就被吸附在固体表面上。从分子运动观点来看，这些吸附在固体表面的分子由于分子运动，也会从固体表面脱离而进入气体(或液体)中去，其本身不发生任何化学变化。随着温度的升高，气体(或液体)分子的动能增加，分子就不易滞留在因体表面上，而越来越多地逸入气体(或液体中去，即所谓“脱附”。这种吸附—脱附的可逆现象在物理吸附中均存在。工业上就利用这种现象，借改变操作条件，使吸附的物质脱附，达到使吸附剂再生，回收被吸附物质而达到分离的目的。

物理吸附有以下特点：①气体的物理吸附类似于气体的液化和蒸气的凝结，故物理吸附热较小，与相应气体的液化热相近；②气体或蒸气的沸点越高或饱和蒸气压越低,它们越容易液化或凝结,物理吸附量就越大；③物理吸附一般不需要活化能，故吸附和脱附速率都较快；任何气体在任何固体上只要温度适宜都可以发生物理吸附，没有选择性；④物理吸附可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附;⑤被吸附分子的结构变化不大,不形成新的化学键，故红外、紫外光谱图上无新的吸收峰出现，但可有位移；⑥物理吸附是可逆的；⑦固体自溶液中的吸附多数是物理吸附。

物理吸附理论基础：气体吸附理论主要有朗缪尔单分子层吸附理论、波拉尼吸附势能理论、 BET多层吸附理论（见多分子层吸附）、二维吸附膜理论和极化理论等，以前三种理论应用最广。这些吸附理论都从不同的物理模型出发，综合考查大量的实验结果,经过一定的数学处理,对某种（或几种）类型的吸附等温线的限定部分做出解释，并给出描述吸附等温线的方程式。