安 強(qiáng)，朱 勝，繆 樂(lè)，焦乙梟，宋嘉力

(重慶大學(xué) 環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，重慶 400045)

錳的水體污染主要來(lái)源于錳礦廠和以錳為原料的化工廠所排放的廢水[1]，通過(guò)食物鏈，錳可以在人體中積累[2]。雖然錳是人體必需的微量元素之一，但當(dāng)攝入過(guò)量的錳時(shí)，人體的神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p害[3]。相較于其他重金屬，錳更難以被去除，且因?yàn)槠鋸?fù)雜的化學(xué)性質(zhì)而較少得到研究[4]。目前去除水體中錳污染的方法有沉淀法[5]、膜處理法[6]、氧化過(guò)濾法[7]、電化學(xué)法[8]以及吸附法[9-10]等，其中吸附法具有操作便捷、去除高效的特性，是一種極具潛力的處理方法[11]。

前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[16]，堿改柚子皮生物炭在靜態(tài)吸附中對(duì)Mn(Ⅱ)有較好的吸附效果，靜態(tài)飽和吸附容量達(dá)到85.889 mg/g，這里將進(jìn)一步考察堿改柚子皮生物炭對(duì)Mn(Ⅱ)的動(dòng)態(tài)吸附。引用了前期對(duì)堿改柚子皮生物炭的BET、FTIR表征結(jié)果，選取流量、床高、Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度為變量進(jìn)行了堿改柚子皮生物炭的固定床實(shí)驗(yàn)，并采用了3種固定床平衡動(dòng)力學(xué)吸附模型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，以期能為堿改柚子皮生物炭在下一步固定床中的實(shí)際應(yīng)用提供一定的設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

柚子皮：購(gòu)自中國(guó)江西省，自然風(fēng)干后切成1～2 cm的小塊，在60 ℃下放入烘箱中烘干，直至獲得恒定重量。

化學(xué)試劑：氯化錳(MnCl2·4H2O)，用于配制含錳廢水；氫氧化鈉(NaOH)，用于改性生物炭以及調(diào)節(jié)Mn(Ⅱ)溶液的pH；鹽酸(HCl)，用于調(diào)節(jié)Mn(Ⅱ)溶液的pH；高碘酸鉀(KIO4)、焦磷酸鉀(K4P2O7)、乙酸鈉(CH3COONa)，測(cè)定Mn(Ⅱ)的緩沖溶液與顯色劑，所有試劑均為分析純。

1.2 生物炭的制備與改性

將干燥柚子皮與NaOH溶液按1∶5 (g∶mL)的比例混合，30 ℃下于150 r/min持續(xù)攪拌24 h。在此基礎(chǔ)上，將堿處理后的生物質(zhì)在60 ℃下干燥數(shù)日，直到得到一個(gè)恒定的重量。處理后的生物質(zhì)在熱解爐中熱解，氮?dú)饬髁繛? ℃/min，升溫至500 ℃，保溫2 h，固體產(chǎn)物自然冷卻收集。研磨生物炭，過(guò)篩將粒徑控制在0.25～0.38 mm之間，而后去離子水清洗多次去除殘余堿和雜質(zhì)。在60 ℃烘箱中干燥24 h，儲(chǔ)存在干燥環(huán)境中備用[16]，為后述描述方便，記堿改柚子皮生物炭為MBC。

1.3 固定床影響因素實(shí)驗(yàn)

選取流量(1.0，1.5，2.0 mL/min)、床高(0.4，1.2，2.0 cm)、Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度(50，100，150 mg/L)做三因素三水平實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)初始條件設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。固定床裝置如圖1，層析柱中填入MBC，在柱頂部和底部均填入1.5 cm高的粒徑為0.18～0.25 mm的石英砂(在MBC和底部的石英砂之間再鋪設(shè)一張300目的滌綸篩網(wǎng))，以均勻分配流量和防止MBC流失[17]。使用HCl(0.1 mol/L)和NaOH(0.1 mol/L)將Mn(Ⅱ)溶液的pH調(diào)節(jié)至7.0±0.1，使用蠕動(dòng)泵將Mn(Ⅱ)溶液從上往下注入柱中，為了更加準(zhǔn)確的描述Mn(Ⅱ)的穿透曲線(坐標(biāo)x軸為時(shí)間，坐標(biāo)y軸為流出液中Mn(Ⅱ)質(zhì)量濃度與初始Mn(Ⅱ)質(zhì)量濃度之比)，以一定的時(shí)間間隔收集柱出口處流出的溶液。根據(jù)《水質(zhì) 錳的測(cè)定 高碘酸鉀分光光度法》(GB 11906—1989)，使用紫外分光光度計(jì)在525 nm波長(zhǎng)處測(cè)定流出液中Mn(Ⅱ)質(zhì)量濃度。

表1 各初始條件下固定床中MBC去除錳的運(yùn)行參數(shù)

圖1 固定床裝置Fig. 1 Fixed bed apparatus

1.4 固定床運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：mtotal是流過(guò)固定床的總錳量，mg；R為MBC對(duì)錳的去除率，%；qeq代表MBC對(duì)錳的比吸附量，mg/g；m為MBC質(zhì)量，g。

(5)

式中：Zm為傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度[18]，cm；tb為穿透時(shí)間，min(即Ce/C0=5%的時(shí)間[19])；te為飽和時(shí)間，min(即Ce/C0=90%的時(shí)間[19])；Z為固定床中炭層高度，cm。

1.5 Mn(Ⅱ)穿透曲線的模型擬合

為了更加了解MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的動(dòng)態(tài)吸附過(guò)程和規(guī)律，并為實(shí)際應(yīng)用中固定床的參數(shù)設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)和指導(dǎo)，分別使用了Thomas模型[20]、Adams-Bohart模型[21]、modified dose-response模型[22]對(duì)Mn(Ⅱ)穿透曲線進(jìn)行了擬合。

(6)

(7)

Adams-Bohart 模型的線性表達(dá)式(BDST模型)如下：

(8)

BDST模型又可以簡(jiǎn)化如下：

t=AZ-B，

(9)

(10)

式(10)為modified dose-response模型。式中，a為改良劑量反應(yīng)模型常數(shù)，q0是最大吸附能力，mg/g。由數(shù)學(xué)分析推導(dǎo)出的modified dose-response模型能夠非常精準(zhǔn)的擬合污染物的穿透曲線[22]。

2 結(jié)果與討論

2.1 MBC的BET、FTIR表征

為了說(shuō)明MBC良好的吸附性能，引用了前期對(duì)MBC的BET、FTIR表征結(jié)果[16]。MBC的BET參數(shù)如表2所示。為了體現(xiàn)MBC良好的孔隙結(jié)構(gòu)，一并引用了柚子皮生物炭的BET參數(shù)。較之柚子皮生物炭，盡管MBC的孔容有所減小、平均孔徑有所增大，但是比表面積卻增大了約9.3倍。吸附材料的比表面積越大，則其表面的吸附位點(diǎn)也越多[24]。因此總體來(lái)說(shuō)，MBC具有良好的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于錳的吸附。

表2 柚子皮生物炭、堿改柚子皮生物炭的比表面積、總孔容、平均孔徑參數(shù)

圖2 MBC傅里葉紅外光譜圖Fig. 2 FTIR spectra of MBC

2.2 MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的動(dòng)態(tài)吸附特性

通過(guò)繪制Mn(Ⅱ)出水質(zhì)量濃度以及Mn(Ⅱ)去除率隨時(shí)間的變化曲線來(lái)闡述MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的動(dòng)態(tài)吸附特性[19]。如圖3所示，Mn(Ⅱ)出水質(zhì)量濃度與時(shí)間的關(guān)系曲線在運(yùn)行初期的斜率較大，出水Mn(Ⅱ)質(zhì)量濃度迅速增加，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，曲線的斜率逐漸減小，出水Mn(Ⅱ)質(zhì)量濃度平緩上升直到接近進(jìn)水Mn(Ⅱ)質(zhì)量濃度；與之對(duì)應(yīng)，Mn(Ⅱ)去除率與時(shí)間關(guān)系曲線的斜率隨時(shí)間的推移而逐漸減小，這種斜率的變化趨勢(shì)使得固定床的運(yùn)行總時(shí)長(zhǎng)和處理水量極大的增加，同時(shí)表明MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的吸附具有一定緩沖能力。Sicupira等[27]在使用骨炭作為吸附劑吸附Mn(Ⅱ)以及胡奇等[28]在利用改性木屑對(duì)水中苯胺進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附研究時(shí)也得到了相似形狀的曲線。

圖3 MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的動(dòng)態(tài)吸附特性(Q=1 mL/min, Z=2 cm, C0=50 mg/L)Fig. 3 The dynamic adsorption of Mn(Ⅱ) by MBC (Q=1 mL/min, Z=2 cm, C0=50 mg/L)

2.3 固定床運(yùn)行的影響因素

2.3.1 流量的影響

圖4展示了不同流速下Mn(Ⅱ)的穿透曲線，其中床層高度固定為2 cm，Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度固定為50 mg/L。從圖4中可以明顯看出，隨著流量的增大，曲線的斜率也隨之增大，表明Mn(Ⅱ)越不容易在固定床中保留，Mn(Ⅱ)的穿透時(shí)間和飽和時(shí)間大大縮短。類似的，Debiparna De等[22]在研究流量對(duì)農(nóng)用工業(yè)廢棄物生物炭在固定床中吸附氟的影響時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了隨著流量的增大，氟離子的穿透時(shí)間和飽和時(shí)間明顯提前。根據(jù)表1的數(shù)據(jù)：當(dāng)流量從1.0 mL/min增加到1.5 mL/min最后再增加到2.0 mL/min時(shí)，固定床的穿透時(shí)間從22 min縮短到12 min，進(jìn)一步縮短到6 min；固定床的飽和時(shí)間從580 min縮短到380 min，進(jìn)一步縮短到257 min，造成這種現(xiàn)象的原因是流量增大引起的湍流程度增大，從而Mn(Ⅱ)在固定床中的停留時(shí)間減小，Mn(Ⅱ)與MBC的接觸時(shí)間縮短，使得Mn(Ⅱ)在MBC上的顆粒內(nèi)擴(kuò)散效應(yīng)受到限制[29]。同樣地，流量的增大也使得MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的比吸附量和去除率減小，當(dāng)流量為1.0，1.5，2.0 mL/min時(shí)，MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的比吸附量分別為21.91，19.02，14.79 mg/g，這些數(shù)值遠(yuǎn)低于我們前期靜態(tài)吸附的研究中MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的飽和吸附量85.889 mg/g，這可能歸因于：1)靜態(tài)吸附中，吸附劑顆?？梢栽谒芤褐凶杂梢苿?dòng)，為吸附質(zhì)和吸附劑活性位點(diǎn)提供了更好的接觸條件，傳質(zhì)效率更高[30]；2)靜態(tài)吸附下，吸附劑與吸附質(zhì)的接觸時(shí)間更長(zhǎng)；3)固定床中形成了溝流，降低了傳質(zhì)效率[31]。從以上的分析可以得知，低流速對(duì)固定床的運(yùn)行是有利的。

圖4 不同流速下Mn(Ⅱ)的穿透曲線 (Z=2 cm,C0=50 mg/L)Fig. 4 The Mn(Ⅱ) breakthrough curve in varying flow rates (Z=2 cm,C0=50 mg/L)

2.3.2 床高的影響

圖5描述了在不同床高下Mn(Ⅱ)的穿透曲線，在這一系列床高下保持流量為1 mL/min和Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度為50 mg/L不變。圖5系列曲線顯示出如下規(guī)律：床高越高，曲線的斜率越小，固定床的穿透時(shí)間和飽和時(shí)間與床高呈正相關(guān)關(guān)系，從表1可得，當(dāng)床高從0.4 cm增加到1.2 cm，從1.2 cm增加到2 cm時(shí)，固定床的穿透時(shí)間均延長(zhǎng)了8 min；飽和時(shí)間分別延長(zhǎng)了236，214 min。不同的床高所引起的這些差異主要是因?yàn)楦叩拇哺吣軌蛱峁└嗟奈轿稽c(diǎn)、吸附劑與吸附質(zhì)的接觸時(shí)間以及傳質(zhì)區(qū)[32]。然而，與傳統(tǒng)靜態(tài)吸附中吸附劑比吸附量隨吸附劑用量的變化規(guī)律相反，在本動(dòng)態(tài)吸附研究中，隨著床高增加，MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的比吸附量呈上升趨勢(shì)，這可能是由于床高越高，吸附劑的活性位點(diǎn)利用率越高、顆粒內(nèi)傳質(zhì)越強(qiáng)烈[4]。另外，隨著床高從0.4 cm增加到2 cm，除了固定床運(yùn)行總時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng)，MBC吸附的總Mn(Ⅱ)增加了9.14 mg，MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的去除率也增大了16.16%。Singh等[33]的研究證實(shí)了本文的結(jié)果，他在利用螺旋藻顆粒去除水中銅鉛離子時(shí)，觀察到了隨著床高的增加，固定床的運(yùn)行時(shí)間和去除銅鉛的量也得到了增加。因此，較高的床層有助于固定床的良好運(yùn)行。

圖5 不同床高下Mn(Ⅱ)的穿透曲線 (Q=1 mL/min,C0=50 mg/L)Fig. 5 The Mn(Ⅱ) breakthrough curve in varying bed heights (Q=1 mL/min,C0=50 mg/L)

2.3.3 Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度的影響

圖6給出了Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度對(duì)Mn(Ⅱ)穿透的影響，控制流量始終為1 mL/min、床高始終為2 cm不變。從圖6可以得知，初始Mn(Ⅱ)質(zhì)量濃度的增大使穿透曲線的斜率顯著增大，Mn(Ⅱ)的穿透時(shí)間和飽和時(shí)間顯著縮短，Banerjee等[34]在繪制不同初始鉻質(zhì)量濃度下的鉻穿透曲線時(shí)，發(fā)現(xiàn)鉻初始質(zhì)量濃度的增加使得曲線往左偏移，曲線的斜率也越大，從而得到了一個(gè)更短的穿透時(shí)間和飽和時(shí)間。如表1所示，當(dāng)Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度為50，100，150 mg/L時(shí)，Mn(Ⅱ)的穿透時(shí)間和飽和時(shí)間分別為22，13，9 min和580，380，317 min。與此同時(shí)，MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的比吸附量也隨著Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度的增大而增大，初始Mn(Ⅱ) 質(zhì)量濃度增大100 mg/L，MBC的比吸附量隨之增大3.67 mg/g。Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度的增加會(huì)在固定床中形成更高的質(zhì)量濃度梯度，高質(zhì)量濃度梯度為MBC吸附Mn(Ⅱ)提供了更大的驅(qū)動(dòng)力，顆粒內(nèi)擴(kuò)散效應(yīng)更顯著，從而使Mn(Ⅱ)從液相中擴(kuò)散到固相中的速率增大，但由于吸附位點(diǎn)有限，因此Mn(Ⅱ)的穿透時(shí)間和飽和時(shí)間隨著Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度的增加而大大縮短[19]。此外，Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度增大不僅使MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的去除率降低而且使固定床運(yùn)行總時(shí)長(zhǎng)也明顯縮短，固定床處理水量大大減少。因此，制定一個(gè)最大的污染物初始質(zhì)量濃度是固定床良好運(yùn)行的必要前提。

圖6 不同初始質(zhì)量濃度下Mn(Ⅱ)的穿透曲線 (Q=1 mL/min, Z=2 cm)Fig. 6 The Mn(Ⅱ) breakthrough curve in varying initial Mn(Ⅱ) concentrations (Q=1 mL/min, Z=2 cm)

2.4 Mn(Ⅱ)穿透曲線的擬合

2.4.1 Thomas模型

Thomas模型被廣泛應(yīng)用于描述固定床中污染物的穿透曲線以及評(píng)估吸附劑對(duì)污染物的吸附能力[35-36]。Thomas模型假定吸附過(guò)程符合Langmuir等溫吸附以及pseudo second-order動(dòng)力學(xué)模型，適用于描述內(nèi)部擴(kuò)散和外部擴(kuò)散在吸附過(guò)程中可以忽略的吸附情況[20]。Thomas模型的擬合參數(shù)如表3所示，可以看出床層高度的變化對(duì)KTH造成了相對(duì)較大的影響，KTH隨床層高度的增加而迅速降低，造成這一現(xiàn)象的原因可能是當(dāng)流量和Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度保持不變時(shí)，增加床層高度使得吸附位點(diǎn)增多，從而延長(zhǎng)了固定床的運(yùn)行總時(shí)長(zhǎng)[30]；類似地，固定床運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的延長(zhǎng)同樣可以解釋流量對(duì)KTH的影響。另一方面，流量、床高擬合出的q的變化規(guī)律也與實(shí)際計(jì)算得出的規(guī)律一致。然而當(dāng)僅改變Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度時(shí)，KTH和q的變化規(guī)律與實(shí)際情況相反，這可能是因?yàn)門homas模型在描述高質(zhì)量濃度污染物的穿透曲線時(shí)的局限性[37]，從R2也可以看出這一局限性(當(dāng)Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度為150 mg/L時(shí)，R2只有0.652)。另外，由于R2整體偏高，因此內(nèi)部擴(kuò)散和外部擴(kuò)散不是吸附過(guò)程中的限制性步驟。

表3 各初始條件下Mn(Ⅱ)穿透曲線擬合Thomas模型的擬合參數(shù)

2.4.2 Adams-Bohart模型

Adams-Bohart模型基于表面反應(yīng)理論，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是吸附過(guò)程的速率受吸附質(zhì)質(zhì)量濃度和未使用的吸附劑容量之間的表面反應(yīng)控制，同時(shí)它忽略了顆粒內(nèi)部的傳質(zhì)和膜擴(kuò)散阻力，假定吸附平衡是瞬時(shí)的，且常用于描述穿透曲線的初始階段[21]。Adams-Bohart模型的擬合參數(shù)詳見(jiàn)表4。當(dāng)固定Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度和床高時(shí)，隨著流量增大，KAB和N0分別增大和減小，KAB隨流速的增大而增大表明固定床系統(tǒng)吸附初期的動(dòng)力學(xué)受外部傳質(zhì)控制[38]；與流量的影響完全相反，床高的增大使得KAB減小和N0增大，然而KAB的減小可能會(huì)使得固定床更易被穿透[39]；在只改變Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度的情況下，觀察到KAB和N0均隨Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度的增大而減小，N0減小表明固定床吸附能力的下降，這與實(shí)驗(yàn)得出來(lái)的結(jié)論是一致的(隨著Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度的增大，MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的去除率減小)。

表4 各初始條件下Mn(Ⅱ)穿透曲線擬合Adams-Bohart模型的擬合參數(shù)

BDST模型是Adams-Bohart模型的線性表達(dá)式，即在流量、污染物初始質(zhì)量濃度以及污染物流出質(zhì)量濃度與初始質(zhì)量濃度之比保持不變的情況下，床層運(yùn)行時(shí)間與床高呈線性關(guān)系[40]。圖7展示了在流量恒為1 mL/min，Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度恒為50 mg/L，當(dāng)Mn(Ⅱ)流出質(zhì)量濃度與初始質(zhì)量濃度之比分別為0.3，0.5，0.7，0.9時(shí)，BDST模型對(duì)3個(gè)不同床高(0.4，1.2，2.0 cm)的床層運(yùn)行時(shí)間的擬合情況，可以看出床高越高，達(dá)到某一固定的Mn(Ⅱ)流出質(zhì)量濃度與初始質(zhì)量濃度之比的時(shí)間越晚，這和之前的結(jié)論是一致的。另外，4條直線的擬合度都非常高(R2>0.99)，當(dāng)Mn(Ⅱ)流出質(zhì)量濃度與初始質(zhì)量濃度之比為0.7時(shí)，獲得了最高的擬合度(R2=0.998)，因此選擇Ce/C0=0.7來(lái)預(yù)測(cè)流量和Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度變化時(shí)固定床的運(yùn)行時(shí)間。從表5中可以看出，預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)，偏差可能源于BDST模型忽略的顆粒內(nèi)部傳質(zhì)[41]。因此，在一定初始條件的變化范圍內(nèi)，利用BDST模型對(duì)固定床的運(yùn)行進(jìn)行預(yù)測(cè)是可行的，從而其對(duì)下一步固定床實(shí)際應(yīng)用的初始條件的設(shè)計(jì)也是有一定指導(dǎo)意義的。

圖7 BDST模型在不同的Ce/C0下的擬合效果(Q=1 mL/min, C0=50 mg/L)Fig. 7 The fitting results of the BDST model in different Ce/C0 (Q=1 mL/min, C0=50 mg/L)

表5 BDST模型對(duì)各流量和Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度下穿透時(shí)間(Ce/C0=0.7)的預(yù)測(cè)

2.4.3 Modified dose-response模型

Modified dose-response模型是專為藥理學(xué)研究而開(kāi)發(fā)的一種模型，現(xiàn)也被用于描述固定床中各類污染物的吸附過(guò)程[22]。Modified dose-response模型是由Thomas模型和Adams-Bohart模型發(fā)展而來(lái)的，它的推導(dǎo)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)分析而非基本原理，減小了上述2種模型在穿透曲線初始階段和結(jié)束階段的誤差，因此它較之更能準(zhǔn)確的描述固定床的穿透曲線[42]。正如表6所示，modified dose-response模型的使用得到了一個(gè)更大的R2(0.928～0.994)。由表6可以看出，無(wú)論在哪個(gè)影響因素方面，modified dose-response模型擬合出的q0與Thomas模型擬合出的q變化規(guī)律一致，盡管q0更加偏離實(shí)際計(jì)算得到的qeq。此外也有研究指出，modified dose-response模型的擬合參數(shù)與固定床運(yùn)行參數(shù)的關(guān)聯(lián)度很小，擬合參數(shù)a并不能反映任何吸附過(guò)程的特性，擬合參數(shù)q也與實(shí)際運(yùn)行得到的qeq相差較大，它只能準(zhǔn)確的描述穿透曲線的形狀[39]。

表6 各初始條件下Mn(Ⅱ)穿透曲線擬合modified dose-response模型的擬合參數(shù)

2.5 MBC與各類吸附劑對(duì)Mn(Ⅱ)動(dòng)態(tài)吸附能力的比較

表7 不同吸附劑對(duì)Mn(Ⅱ)的動(dòng)態(tài)吸附能力對(duì)比

3 結(jié) 論

考察了MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的動(dòng)態(tài)吸附，探究了流量、床高、Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度對(duì)MBC在固定床中吸附Mn(Ⅱ)的影響，并對(duì)Mn(Ⅱ)的穿透曲線進(jìn)行了擬合，得到了如下結(jié)論：

1)Mn(Ⅱ)穿透曲線斜率隨著時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸減小，表明MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的吸附具有一定的緩沖作用。

2)降低流量、Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度，增加床高均會(huì)使Mn(Ⅱ)穿透曲線往右移，表明低流量、低Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度、高床高有利于固定床的運(yùn)行；在流量為1 mL/min，Mn(Ⅱ)初始質(zhì)量濃度為150 mg/L，床高為2 cm時(shí)，觀察到了MBC對(duì)Mn(Ⅱ)的最大比吸附量(25.59 mg/g)。

3)Thomas模型較好的擬合Mn(Ⅱ)穿透曲線，說(shuō)明內(nèi)部擴(kuò)散和外部擴(kuò)散不是吸附過(guò)程中的限制性步驟；在Adams-Bohart模型的擬合中，發(fā)現(xiàn)KAB隨流速的增大而增大，這表明固定床系統(tǒng)吸附初期的動(dòng)力學(xué)受外部傳質(zhì)控制,而Adams-Bohart模型的線性表達(dá)式(BDST模型)較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)了各初始條件下Mn(Ⅱ)穿透70%的運(yùn)行時(shí)間；modified dose-response模型準(zhǔn)確的描述了Mn(Ⅱ)穿透曲線的形狀。

在與其他吸附劑對(duì)比中，堿改柚子皮生物炭的Mn(Ⅱ)吸附容量和成本都較之占優(yōu)，通過(guò)模型的擬合，進(jìn)而對(duì)固定床運(yùn)行條件進(jìn)行優(yōu)化，MBC有潛力被用作去除水中Mn(Ⅱ)污染的低成本吸附劑。