硝酸氧化改性褐煤提升吸附镉能力研究

采用固液吸附系统研究了褐煤和硝化褐煤对镉离子的等温吸附、动力学吸附等特征,用卡方检验、Avrami模型筛选和验证了2种材料适宜的吸附机制模型。结果表明,不同温度下硝化褐煤和褐煤最大单层吸附量分别为35. 61～46. 84、29. 63～38. 20 mg·g~(-1),硝化褐煤比褐煤增加吸附量在20. 18%～22. 62%。基本达到平衡吸附量时,分别用了150、330 min。硝化褐煤在低温时符合Langmuir单层吸附和准二级动力学过程,褐煤适合Freundlich模型描述。Avrami模型可较好地描述2种材料的等温吸附和动力学吸附特征。不同温度的等温吸附特征和动力学结果表明,随温度升高,2种材料经历了单层吸附、多层吸附的物理-化学过程,吸附是自发的吸热过程。红外光谱分析表明,硝化褐煤拥有较多的功能团,与吸附镉有关的为含氧功能团区、未知吸附带、脂肪族羟基和芳香C—H结构。硝化褐煤中羰基碳相对含量较褐煤高,可能是结合Cd~(2+)能力提高的原因。因此,褐煤改性后的硝化褐煤对镉离子的吸附量和吸附速率最大,硝化褐煤能提高对镉的吸附性能,热力学和动力学吸附机制在不同材料和不同温度情况下不同,模型适宜性需用误差函数卡方检验辅助确定。改变褐煤基吸附材料的关键是增加有效功能团。研究首次表明,吸附过程中动力学级数发生改变,脂肪族羟基区、未知吸收带2 360. 20 cm~(-1)和2 341. 98 cm~(-1)和含氧官能团是褐煤硝酸氧化后吸附镉能力提高的关键因素。