固体浓度对固—液界面吸附的影响
固-液界面吸附是自然界中普遍存在的现象之一，也是污水处理中常用方法之一。吸附剂浓度(Cs)是影响吸附行为的重要因素。大量研究表明，吸附等温线随吸附剂浓度增大而降低，这种现象称为“吸附剂浓度效应”或“固体效应”（Cs-effect）。传统的Langmuir或Freundlich吸附等温式不能描述或预测Cs-effect，因拟合的模型参数与Cs有关，这与模型假设相悖。为描述和解释Cs-effect，提出了多种吸附剂浓度效应模型，或因适用范围有限（只能描述个别实验结果），或因模型参数不能实验测定，均未被广泛认可。近期，我们课题组提出了一个新固体效应模型——表面组分活度(SCA)模型;认为Cs-effect缘于吸附剂颗粒间相互作用，表面组分吸附位和吸附质的活度系数不等于1，而分别为吸附剂浓度和吸附量的函数。基于SCA模型，推导出了三个与Cs有关的等温式:Langmuir-SCA、Freundlich-SCA等温式和SCA-分配系数方程。目前，这些SCA等温式的普适性有待验证，介质条件对表面组分活度系数的影响规律还有待考察。本文对此进行了研究，以期加深对固-液界面吸附现象的认识，为吸附技术在污水处理中的应用提供依据。 (1)选取高岭土为矿物吸附剂模型，Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)为重金属污染物（吸附质）模型，考察了吸附剂浓度对吸附等温线的影响。结果表明，吸附等温线随Cs的增大而下降，呈现出明显的固体效应。在给定Cs下，Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在高岭土上的吸附等温线分别符合Langmuir和Freundlich吸附等温式，但拟合模型参数与Cs有关，即这两个等温式不能描述或预测Cs-effect。采用Langmuir-SCA和Freundlich-SCA等温式对吸附数据进行拟合，结果表明可分别准确地描述Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在高岭土上吸附的Cs-effect效应，证明SCA模型对所研究吸附体系是适用的。 (2)选用壳聚糖微粒为有机吸附剂模型，甲基橙为有机染料污染物（吸附质）模型，考察吸附剂浓度对吸附等温线的影响，研究了介质条件如温度、pH、电解质浓度对吸附剂浓度效应的影响。Langmuir等温式可描述给定Cs下的吸附等温线，但不能描述Cs-effect，其模型参数与Cs有关。采用Langmuir-SCA等温式对吸附数据进行拟合，结果表明可准确地描述甲基橙在壳聚糖微粒上吸附的Cs-effect，证明SCA模型对所研究吸附体系是合理的。另外，在不同温度、pH、离子强度下，吸附剂浓度对甲基橙在固-液两相的分配系数也均有明显影响，SCA-分配系数方程可描述其影响结果。吸附位活度系数（fsH2O）随温度(20-35℃)和pH(5-8)的升高而降低，而与电解质(NaNO3)浓度(0.001-0.010mol·L-1)基本无关。
固体浓度;固-液界面吸附;普适性;污水处理
山东大学
硕士
环境科学与工程
侯万国
2014
中文
X703.1;O647.31
65
2014-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）