摘要
粉煤灰的排放量逐年增加，但是其综合利用率低以及不合理使用就会造成大气和水资源等的污染。利用粉煤灰处理含有重金属离子的工业废水，即提高粉煤灰利用率，同时可为废水处理提供了一种高效廉价的吸附材料，具有明显的经济、社会和环境效益。 本研究利用粉煤灰制备具备高通孔率的发泡材料，对发泡材料进行水热法沸石化改性，用于吸附溶液中的重金属离子。利用XRD、SEM和BET表征了样品的产物、孔结构、形貌和比表面积；利用ICP研究了改性粉煤灰对溶液中铜离子、铅离子和铬离子的吸附效果；利用吸附热力学、吸附动力学和EDS研究了改性粉煤灰对溶液中铜离子、铅离子和铬离子吸附机理。得出以下结论： （1）选择石蜡粉末的掺量为56g，且将石蜡粉末烧失后，粉煤灰基高通孔材料的比表面积达到11.61m2/g；表观密度为0.214g/cm3；显气孔率为82.5%，抗压强度为0.372MPa。粉煤灰基高通孔材料内部孔隙结构相互贯通。 （2）通过使用水热法对粉煤灰基高通孔材料进行沸石化处理，水热合成条件为：温度为100℃，时间为15h，碱浓度为1.5mol/L。此时，合成的粉煤灰基高通孔类沸石材料的比表面积达到26.33m2/g，孔容达到0.11cm3/g，平均孔径在16.75nm，属于介孔材料。 （3）本文研究了粉煤灰基高通孔类沸石材料对Cu2+、Pb2+和Cr3+溶液以及三种离子的混合溶液的吸附情况。吸附温度20℃，初始PH值为5时，Cu2+的饱和吸附量为29.16mg/g；Pb2+饱和吸附量为37.30mg/g；Cr3+饱和吸附量为42.96mg/g。 （4）粉煤灰基高通孔类沸石材料对三种单一重金属离子的吸附量随吸附时间的增长而不断增大；但当粉煤灰基高通孔类沸石材料对三种离子的混合溶液进行吸附时，各重金属离子之间出现相互促进作用，而且这种协同作用大大提高吸附效率。吸附温度从20℃增加到80℃，吸附材料对三种重金属离子的吸附量和吸附率都呈现出先增大，后减小的趋势；初始浓度从10mg/L到200mg/L，吸附材料对三种重金属离子的吸附量和吸附率都随初始浓度的增加而不断增加；吸附材料用量从0.5g增加到2.5g，吸附材料对三种重金属离子的吸附量都呈现出先增大，后减小的趋势；初始PH值从2增加到9，吸附材料对三种重金属离子的吸附量和吸附率都呈逐渐增大。 （5）三种重金属离子的吸附过程均属于单分子吸附，且结果表明，所制备吸附材料易于吸收重金属离子。从D-R等温吸附模型拟合的情况来看，粉煤灰基高通孔类沸石材料对铜离子和铬离子的吸附过程以化学吸附为主，对铅离子的吸附过程以离子交换为主。 （6）在吸附热力学研究中，三种重金属的吸附过程中均是吸热反应，且具有自发性和可行性。同时三种重金属离子在吸附材料和溶液的固液界面上是无序性的增加。 （7）动力学研究方面，本文对拟一级动力学模型、拟二级动力学模型和粒子扩散动力学模型进行拟合。三种离子的吸附过程均与二级动力学模型拟合效果较好，故符合二级动力学模型，再一次得出三种重金属离子的吸附过程是以化学吸附为主。粒子扩散动力学模型的拟合结果得出颗粒内扩散不是吸附过程唯一的速率控制步骤，同时还受到表面吸附和液膜扩散等控制。 （8）所制备的吸附材料可循环再生，最佳的脱附时间为90min，硝酸浓度为0.05mol/L。铅离子再生吸附率最大达到99.66%，铅离子再生吸附量为28.13mg/g。
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