生物质灰样本收集从发电厂燃烧农业残留物在安徽省,中国。农业残留物的混合物,如小麦杆、玉米秸秆、花生壳,和棉花秸秆作为原料的发电厂。残留物被解雇的移动炉篦炉与过量空气~ 850°C。的生物质灰收集槽位于格栅下面。

六角形的生物质灰是改性介孔二氧化硅(HMS)矩阵cocondensation [ 8]。首先,1.24 g材料的溶解在10毫升的酒精,紧随其后的是添加1.24克生物质灰的混合物在90毫升的超纯水(CN61 M-UPR-I-20L)在1000 rpm搅拌。接下来,6.09毫升的原硅酸四乙酯和0.71毫升的10% (w / v) 3-aminopropyltriethoxysilane (APS,在北半球₂(CH₂si (OC) 3₂H₅)₃有机硅烷),被添加到反应混合物。30年代后,0.94毫升的三甲苯混合添加,然后搅拌24 h。最后,是透过0.45混合物 μm过滤膜,残留在室温下风干。其余三甲苯索氏提取了125毫升酒精5 h和样本是24小时在室温下风干。

自然的物理化学和形态属性和修改生物质灰样品进行评估。元素成分分析了电感耦合plasma-optical发射(ICP-OES)光谱法使用珀金埃尔默最适条件2000 DV系统(美国珀金埃尔默,沃尔瑟姆,MA)。表面形貌观察使用一个s - 4800扫描电子显微镜(SEM);日立、日本东京)[ 24]。地形分析和量化的组件进行使用jem - 2010 - ht透射电子显微镜(TEM);Akishima JEOL有限公司,日本东京)配备一个能量色散谱(EDS)。官能团的特点是傅里叶变换红外光谱法(FTIR)使用两个™光谱红外光谱仪(珀金埃尔默)范围4000 - 500厘米⁻¹( 25]。材料的比表面积决定了选择方法( 24]。

为了评估Cd^{2 +}生物质灰吸附容量和改性材料,批量吸附实验进行了使用保证试剂。镉的解决方案中使用的实验准备的标准溶液100 mg / L Cd(没有₃)₂在0.5 mol / L HNO₃和超纯水(CN61M-UPR-I-20L)。pH值与0.1 mol / L HNO调整₃和氢氧化钠。

确定pH值的影响,0.1 g的吸附剂被添加到25毫升的50 mg / L Cd^{2 +}溶液的pH值2.0到-8.0之间。吸附等温线得到与几个初始吸附物浓度从50到100 mg / L在25毫升溶液pH值5.0和0.1 g的吸附剂。实验进行了50毫升离心管在30°C用颤抖的24小时的150 rpm。热力学研究的实验重复45°C和60°C。吸附动力学研究将0.2 g的吸附剂加入100毫升100 mg / L Cd^{2 +}解决方案在pH值5.0。实验进行了一个150 rpm互惠瓶在不同时间间隔30°C, 0.5, 1, 2, 3, 5、10、15、30、60、90、180年120,240和300分钟。

样品(5毫升)在4000转离心10分钟。上层清液过滤,0.45 μ膜和Cd^{2 +}在水相浓度的测定原子吸收分光光度法(spectraa - 220,瓦里安,帕洛阿尔托,CA,美国)。

Microsoft Excel 2010(美国雷德蒙的微软公司(Microsoft Corp .),佤邦)和SPSS 20.0(美国纽约IBM SPSS,萨默斯)被用来处理数据。

元素分析结果表明,主要的元素出现在天然生物质灰是硅、钙、和钾浓度的120.40,43.14,和33.11毫克/克(表 1)。SEM分析结果显示存在众多的单粒子直径10到60 μ米的天然生物质灰;这些粒子分散(图 1(一))。改性生物质灰是明显不同的外观从天然生物质灰一个清晰的球形结构。用生物质灰六角结构改变后的反应。在硅酸盐的存在,修改后的六角结构作为一个催化剂,提高原硅酸四乙酯的反应。修改后的生物质灰的比表面积提高,表面更光滑和均匀(图 1 (b))。

元素组成的TEM-EDS结果显示C, O,硅、铝、铁、和K在修改后的生物质灰(图 1 (d))。红外光谱分析证实了改性生物质灰N的存在,表明生物质灰功能化的伯胺(APS)。修改后的生物质灰的红外光谱谱(图 1 (e)在3330厘米)展示了一个强烈的吸收带⁻¹;这可以归因于地债券的硅醇组。吸收其他乐队出现在850和1044厘米⁻¹相关的对称和非对称Si-O-Si振动,分别。10% APS的功能化和HMS矩阵后,修改后的生物质灰的光谱相比显然是不同的天然生物质灰;广泛的信号出现3000至3600厘米⁻¹这可以归因于提高数量的硅醇组( 24]。拉伸乐队可以归因于APS - h组,和乐队在1488.2厘米⁻¹对应的弯曲振动- h组。

打赌的结果分析表明,改性生物质灰的比表面积是自然生物质灰的9倍, 21.38 ± 0.17 米²/ g和 185.81 ± 0 。 15 米²/ g(表 2)。改进后的比表面积表明功能介孔材料。

pH值是一个重要因素在去除重金属的吸附水的解决方案( 26, 27]。图 2显示了不同初始pH值对负载能力的影响(毫克/克)Cd^{2 +}两种材料。Cd^{2 +}吸附高度pH-dependent被发现。pH < 4,自然和改性生物质灰显示显著的吸附容量低,天然生物质灰,吸附容量只有1毫克/ g,以及修改后的生物质灰,它是大约三倍的天然生物质灰。溶液的pH值增加时,生物质灰的吸附容量和修改后的生物质灰急剧增加,当pH值达到6,改性生物质灰的吸附能力达到12毫克/克4倍pH值2。pH值的影响吸附的金属可以归因于吸附剂的表面电荷和金属物种的分布 28]。

生物质灰的表面有一个负电荷,瞬态,取决于溶液的pH值( 28]。当溶液的pH值是显著低,H的数量₃O⁺超过了金属离子的许多倍;因此,吸附剂表面是几乎完全由H₃O⁺,导致较低的吸附金属离子的能力( 29日]。当pH值逐渐增加,越来越多的H₃O⁺从吸附剂表面,使金属离子活性吸附方法网站;这增加绑定改性吸附剂表面的金属离子通过离子交换机制( 29日]。在pH > 4, H₃O⁺浓度明显降低,这有利于吸附的金属离子吸附剂的表面。这种现象可以归因于SiO等氧化物的存在₂、铁₂O₃,艾尔。₂O₃,其表面电荷的pH值主要取决于解决方案。H的交流机制⁺和金属离子在溶液中可以表示为如下方程: (1) X O H + H 3 O + ⟶ X O H 2 + + H 2 O (2) X O H + O H - - - - - - ⟶ X O - - - - - - + H 2 O (3) 2 X O - - - - - - + 毫克ydF4y2Ba 2 + ⟶ X O 2 毫克ydF4y2Ba , X代表硅、铁、铝;M代表金属。

进一步增加的pH值,改进了吸附剂表面的负电荷,从而增加吸附剂和被吸附物之间的静电力 30., 31日]。最大的吸附效率的Cd^{2 +}之间的自然观察和修改生物质灰酸碱5和6。在pH > 6,弱吸附的Cd^{2 +}可以归因于Cd物种的降水等碳酸盐或氢氧化物(图 2),根据金属物种的分布受pH值( 32]。

修改后的生物质灰与NH功能化₂组织,形成一个amino-Cd复杂高稳定常数有利于这种化合物的形成。化合物的稳定性主要取决于pH值必须在7 ( 8]。在pH < 4 H⁺离子反应的孤对电子的N,防止乳糜泻的绑定^{2 +}与北半球₂组织;在pH > 6, Cd^{2 +}由于不溶性物种的形成离子沉淀。

表 3比较了Cd^{2 +}吸附能力的几种类型的吸附剂的改性生物质灰报告5 - 6的pH值。修改后的生物质灰似乎比大多数其他材料,特别是花生壳、香蕉皮、海泡石、沸石、天然生物质灰。

朗缪尔和弗伦德里希吸附模型被用来适应自然生物质灰的吸附数据和修改生物质灰的Cd^{2 +}在水溶液。

朗缪尔等温线通常应用于单层吸附与有限数量的均匀表面吸附的网站。朗缪尔方程的线性形式可以表示如下( 33]: (4) C e 问 e = 1 问 l · K l + C e 问 l , 在哪里 C e 代表了金属离子的平衡浓度(毫克/升), 问 e 代表的金属离子吸附量的单位质量吸附剂(毫克/克), 问 l 代表的最大单位质量吸附剂的吸附金属离子(毫克/克) K l 代表了朗缪尔常数(L /毫克)。

弗伦德里希等温线假设在异构表面多层吸附。弗伦德里希方程的线性形式可以表示为( 34] (5) ln ⁡ 问 e = ln ⁡ K F + 1 n ln ⁡ C e , 在哪里 问 e 和 C e 上面定义的一样, K F 和 n 弗伦德里希常数,表明给定材料的吸附容量和吸附强度,分别。的 n 1到10之间的值表明良好的吸附( 35]。

表 4显示的参数的拟合结果等温线模型在不同的温度下。两种吸附模型以及配备的实验数据获得天然生物质灰和修改后的矩阵。朗缪尔模型 ( R 2 = 0.963 ) 比弗伦德里希模型适合略胜一筹 ( R 2 = 0.960 ) ,可能是因为Cd的吸附^{2 +}由生物质灰属于单层吸附(图 3)。对吸附的好感度 n弗伦德里希模型中的值大于3在每一个温度,显示良好的吸附过程的Cd^{2 +}在修改后的生物质灰(表 4)。随着温度的增加从30°C到60°C,修改后的生物质灰的吸附能力略有增加。可能的解释是,吸附过程是一个吸热反应,和温度可以增加修改后的生物质灰的内部结构( 36),从而提高其吸附能力。

吸附剂的吸附率对金属离子在溶液中可以理解通过研究吸附过程的动力学。通过与适当的动力学实验数据的拟合模型,吸附机制可以被理解。图 4显示了Cd动力学^{2 +}从溶液中吸附到修改后的生物质灰(残余Cd^{2 +}浓度和接触时间)。剩余的Cd^{2 +}浓度大幅降低在第一次40 - 50分钟,跌至不到40 mg / L值在120分钟。在反应的初期,Cd^{2 +}可以迅速吸收到吸附剂表面与吸附网站大量的活跃。随着吸附的进行,越来越多的活性吸附网站被Cd^{2 +},导致吸附率的减少。的扩散较慢,Cd^{2 +}修改后的生物质灰的内部矩阵也可能导致较慢吸附在后期阶段( 37]。

为了分析Cd的吸附率^{2 +}在修改后的生物质灰,我们充满了动态分析的结果符合一级和pseudo-second-order速率方程( 38]。这两个方程可以表示如下: (6) ln ⁡ 问 e - - - - - - 问 t = ln ⁡ 问 e - - - - - - k 1 t t 问 t = 1 k 2 问 e 2 + t 问 e , 在哪里 问 e 吸附容量(毫克/克)在平衡时, 问 t 是(毫克/克)的物质吸附在时间吗 t , k 1 代表了速率常数(最低⁻¹)符合一级模型, k 2 速率常数(g·毫克⁻¹·敏⁻¹)pseudo-second-order模型。

表 5显示了Cd吸附的动力学参数^{2 +}在生物质灰30°C。pseudo-second-order模型, R 2 值高于获得使用符合一级模型,特别是对修改后的生物质灰。pseudo-second-order动力学方程的自然和修改生物质灰分高于0.99(图 5),这表明吸附的Cd^{2 +}随后pseudo-second-order模型和Cd^{2 +}离子被吸附到材料的表面化学吸附。化学吸附可能是由于反应力和协调过程之间的Cd^{2 +}和h组(nh₂和nh -)表面的改性生物质灰。

热力学参数包括标准吉布斯自由能 Δ G 0 ),标准焓( Δ H 0 )、标准熵( Δ 年代 0 )吸附的Cd^{2 +}在修改后的生物质灰使用以下公式计算( 39]: (7) Δ G 0 = - - - - - - R T ln ⁡ K l ′ ln ⁡ K l 2 K l 1 = - - - - - - Δ H 0 R T 1 - - - - - - T 2 T 2 T 1 Δ 年代 0 = Δ H 0 - - - - - - Δ G 0 T , 在哪里 K l ′ , K l 1 , K l 2 朗缪尔常数在吗 T , T 1 , T 2 分别; R 气体常数(8.314 J·摩尔⁻¹·K⁻¹)。

Δ G 0 是吸附驱动力,它取决于 Δ H 0 和 Δ 年代 0 。表 6显示Cd的热力学参数^{2 +}在不同温度吸附改性生物质灰的。的负 Δ G 表明良好的和自发的吸附过程。随着温度的增加, Δ G 值逐渐降低,表明温度的增加有利于吸附过程。积极的价值观 Δ 年代 反映了亲和力改性生物质灰的Cd^{2 +},而积极的价值 Δ H 表明吸附是吸热的。

此外,吸附可分为化学吸附和物理吸附,这两个可以同时出现在一个吸附过程 40]。范·爱德华的吸附热力、氢键、配位体交换,偶极相互作用,和化学键的4到10,厅, ≈ 架,2 - 29,> 60 kJ·摩尔⁻¹分别为( 41]。在我们的研究中, Δ H 值是39.35焦每摩尔,表明氢键和配位体交换吸附。因此,吸附的Cd^{2 +}涉及到修改后的生物质灰两种物理和化学吸附。