郜月外文翻译

1、毕业设计（论文）外文翻译学 院：理学院专业班级：环境工程1001班学生姓名：郜月学生学号：100704128指导教师：李艳平提交时间：2014年 3月 18 日指 导 教 师 评 语毕业设计（论文）题目吸附法处理重金属废水工艺设计原文题目Heavy metals removal from synthetic wastewater by a novel nano-size composite adsorbent译文题目利用一种新型纳米复合吸附剂去除合成废水中的重金属 文章来源 Int. J. Environ. Sci. Tech. 指导教师评语：指导教师： 评阅时间： 年 月 日外 文 翻 译

2、利用一种新型纳米复合吸附剂去除合成废水中的重金属 Y. B. Onundi; * A. A. Mamun; M. F. Al Khatib; M. A. Al Saadi; A. M. Suleyman 马来西亚国际伊斯兰大学,工程学院,生物工程系生物环境工程研究中心,Gombak,53100年马来西亚吉隆坡 2010年11月10日收编,于2011年3月27日装订,2011年8月11日接收,2011年9月1日网上发布摘要: 本文研究了，一种新型纳米复合吸附剂不同的操作条件对水溶 液中的重金属去除的影响。复合吸附剂材料的表征表明，使用1%的镍作为催化剂便可成功生产碳纳米管颗粒活性炭。在实验室的吸

3、附实验中,金属的初始混合浓度2.0 mg / L Cu2 、 1.5 mg / L Pb2 、和0.8 mg / L Ni2 ，是依照半导体工业废水中样品中的金属浓度而合成的。在使用复合吸附剂去除重金属时，研究人员对操作条件的影响进行了研究。研究表明，各种金属的去除率在平衡的条件下是不同的，依次为：铅99%、铜61%,镍20%,以及金属亲和力的趋势为：Pb2+ > Cu2+ > Ni2+吸附剂。朗缪尔等温吸附模型给出更高的铜、镍、铅的R2值分别为0.93、0.89和0.986，超过了三种金属在基质溶液中的吸附过程的Freundlich 模型中的数值。关键词: 吸附;碳纳米管颗粒活性

4、炭,等温线介绍： 工业化进程中，不加以控制的使用和利用过去几十年的自然资源导致了地球污染的增加（班萨尔和戈雅， 2005年）。重金属产生的环境污染引起了政府和环保部门的极大关注，因其对多种生物物种产生了不利影响（Issabayeva等人，2007）。在马来西亚，重金属对环境的污染主要是通过电镀和位于马来西亚半岛西海岸的金属加工行业（美国能源部，1979;Issabayeva等人，2007年）。研究发现更有效的技术用于废水处理以满足普遍的安全标准，并且在不断收到世界各地的环境科学家的关注。以前，污水处理的努力促进了各种处理技术的发展，其中涉及了单元程序操作，如化学沉淀，混凝，吸附，离子交换和膜过

5、滤（乔治和Max，2008）等。而且，上述处理技术中，吸附已被报告为最技术上和经济上可行的选择（Onundi等人，2010）。此外，吸附法处理废水的研究促进了利用离解的方法去除重金属不同材料的发展。这些材料包括：天然产物（努里等人，2009; 2011），活性炭（Issabayeva等人，2006; Onundi 等人，2010），沸石，硅铝酸盐（萨穆埃尔和 奥斯曼，1987），泥炭高岭土和粘土（Chantawong等，2003）和多糖（奉等人，2004）。目前，主要形式为碳纳米管（CNTS）和碳纳米纤维（CNFS）的碳纳米材料（CNMS）由于其具有高的比表面积和高的纵横比而被用作新的具有优异

6、性能的吸附剂。在形态学的影响研究中，CNMS的表面官能团在重金属的吸附能力方面发挥了作用（诺拉和马马杜，2005; Kabbashi等，2009;。Atafar等人， 2010）。Li等人于2003年发表的作品中报道了多壁碳纳米管（MWCNTs）具有金属离子，比使用粉状和粒状活性炭（GAC）增加3-4倍的吸附能力。此外，那些被观察到的表面粗糙的碳纳米管与那些表面光滑的碳纳米管相比，可以提高金属离子的吸附能力（Li等人 2007）。但是，从滤液中处理和分离这些CNMS被看做是将纳米材料应用于水处理中的一个挑战（诺拉和马马杜，2005）。复合纳米碳材料在大容量的基片材料上的合成已取得了成功，这就降

7、低了处理这些纳米尺寸材料的风险，然而应用这些复合材料在重金属去除法上仍未被广泛调查。这部作品探讨了将CNT合成到GAC上的可能性，以此来形成一种复合材料，并且还研究了纳米尺寸复合吸附剂在去除水溶液中的铜、镍、铅离子的吸附机理。Langmuir和Freundlich等温线模型分别被用来描述吸附过程中PH的变化以及在去除金属时对接触时间和吸附剂用量的调查。CNT-GAC复合吸附剂的制备及其从溶液中吸附重金属时，PH、接触时间和吸附剂用量的影响在此篇文章中均被指出。这项工作在2010年由马来西亚国际伊斯兰大学（澳门高等校际学院）的生物环境工程研究组（BERU）完成。材料与方法 工业废水样本是从半导体

8、公司（位于瓜冷岳，马来西亚）收集的，并对其进行保存以及按照标准方法对其金属含量进行测试（APHA等人，2005）的。重金属的浓度，即工业废水中的铅、镍和铜被当做是实验室吸附研究中浓度的基础。吸附 在硝酸溶液中，1000 mg/L的铜、铅和镍离子的金属解决方案是从Fisher Scientific UK购买的。这些被用做生产三种金属混合液的水溶液，是以来自上面提到的实际工业流出物中的样本的5日平均金属浓度为基础的。吸附剂 以棕榈仁壳为支撑的GAC可被用作CNT生产的基板材料，它是从KDTechnology马来西亚购买的。CNT-GAC的合成是分阶段进行的。在第一阶段中用1 %的镍浸渍到GAC中，

9、形成镍催化剂。该浸渍的GAC在超声波仪中水域温度为56的条件下进行过夜干燥。将干燥的混合物放置在热化学气相沉积（CVD）反应堆中，并对混合物进行煅烧，在300、以300 mL/min的低速率通入氮气1小时的条件下，将镍盐转变成相应的氧化镍。附着在 GAC表面上的镍催化剂在300、以300 mL/min的低速率通入H2的条件下，再经过1小时即可减少为氧化镍。合成的最后阶段即在相同的管状CVD反应器中，在一个大气压，750的条件下以50 mL/min的低速率通入碳源C2H2（乙炔气体）与氧气结合，时长1小时。在用蒸馏水洗涤CNT-GAC吸附剂以去除微粒前，先将其放入装有N2的反应器中冷却到室温。然

10、后将湿的CNT-GAC在110下干燥两小时 ，随后在室温27（±2）的条件下用于吸附研究。吸附剂的表征 场发射扫描电子显微镜（SEM，品牌Jeoul JSM-6700F）是用来研究CNT-GAC材料的形态的，而透射电子显微镜（TEM，品牌Jeoul JEM-2010）是用于检查CNT-GAC的内部结构的。傅里叶的CNT-GAC的样本转变成红外（FTIR）分析，并且制备了当溴化钾溶液的吸附剂稀释到5%时，将其投在磁盘上用于分析以便从PerkinElmer精确模型中获得光谱（Zvinowanda等 2009年）。CNT-GAC的比表面积是由库尔特的型号为SA-3100sorptomete

11、r的机器在温度为-196的液态氮的条件下，采用N2作为吸附剂来测定的。吸附研究每个实验中，含2.0 mg / L的铜的50毫升合成水，1.5 mg / L的Pb和0.8mg/L的Ni的混合金属样品，用来制备以工业废水为基础的金属浓度，并添加到含有吸附剂的100毫升计算量的摇瓶中。使用已完成PH调节的1.0M HCL和1.0M的NaOH溶液。在27（±2）的条件下，将溶液中的吸附剂放在机械摇床上以100 rpm的速率搅拌，空白溶液进行相同的处理但是不加吸附剂，并且保持在可以控制的条件下（戈埃尔等。2005年）。使用®0.45m的过滤纸来过滤该溶液。最后用型号为HGA900.的

12、原子吸收分光光度计（ASS）对滤液中金属的残留浓度进行分析。室温条件下，吸附剂用量不同(1, 2, 3 和 4 g/L)时的金属的平衡浓度用来进行等温线的研究。等温线使用两个最广泛的模型对金属的平衡常数浓度进行研究，符合Freundlich（Freundlich和哈特菲尔德，1926）方程和朗缪尔（Langmuir吸附，1918）方程。结果与讨论 实验室中，CNT-GAC的宏观尺寸的处理比纯CNT的处理容易。吸附实验后的滤液可以很明显被观察到，但是却没有明显的保存CNT-GAC的方案。这表明：复合CNT-GAC的宏观尺寸是在吸附之后将CNT保留在了GAC的表面上，降低膜污染，在文献里较早期的记

13、录了分离的问题。而且也省去了在使用AAS机器之前离心滤液的需要。吸附剂的物理和化学特性 在CNT附着之前，GAC基板的表面主要是多孔的，如图1所示。在FESEM机器上观察到的CNT-GAC的形态如图2所示，图2表明：该结构表面粗糙，呈扭曲状，外径平均为50纳米。如图所示的TEM图像，图3和图4是CNT-GAC作为多壁碳纳米管的形态学结构，平均内部中空直径为30nm，末端呈斗篷状。通过观察，当在同一温度范围内生产CNT时，附着在GAC表面的CNT的结构是内联的（寿山等人1999），（柴志等人。2008）和（ Zhang等人2008年）报道。GAC基板的其他性能以及CNT-GAC的生产均列在表1中

14、。 CNT-GAC的FTIR分析如图5所示，峰值和它们的任务的摘要列于表2。从红外光谱的分析可推断酸性官能团为：羧基，羰基，内酯和硫。一般情况下，碳表面这些酸性基团可产生阳离子的交换性能（戈埃尔等，2005;埃德温，2008），并且这些已经呈报给活性炭表面负责较高吸附的金属离子。特别是硫基团可以协助铅离子的吸附（戈埃尔等2005）。在溶液中，通过创建一个带负电的表面电荷可促进羧酸表面基团的解离，这将有利于碳在水中的分散（陈等，1996）。陈和王（2002）强调，含量较高的羧酸官能团可以显著提高吸附金属的性能，因为它们之间具有较高的亲和力。 表1 GAC基板和新型CNTGAC的性质 表2 碳纳米

15、管的FTIR谱峰 图1 GAC表面的FESEM图像 图2 GAC表面上生长的CNT的SEM图像 图3 在GAC上生长的CNT的TEM图像 图4 多壁碳纳米管在GAC表面覆盖PH对吸附的影响溶液的PH值被指出是吸附过程中的重要影响因素（Corapcioglu和黄，1987）。图6表示的是随着PH值的增加，CNT-GAC的吸附能力的变化，从图6中可以推断出：在PH值为3-5范围内，CNT-GAC的吸附能力随着溶液PH值的增加而增大，当PH值超出5时吸附能力则减弱。CNT-GAC吸附剂吸附金属的机理可以解释如下：在强酸性pH值（23）范围内 ，铜，铅和镍等的金属离子以M（II）离子的形式存在。在低p

16、H下观察到的最小吸附量可能会与较高的浓度和H 离子有关，这是由于高溶解度的流动性强和在酸性介质中的金属盐的电离。这表明在较低pH值时，吸附剂的表面被水合氢离子所包围，从而阻止金属离子接近吸附剂的结合位点。因此，在更高的H +浓度的条件下，吸附剂表面正电荷增加，这样就减少了吸附剂与阳离子之间的吸附力。与此相反，随着pH增加，吸附剂表面聚集更多的负电荷，从而加大金属的去除效果。因此，当溶液中的金属离子的种类变得不稳定时，金属阳离子被吸附的程度随着PH值的增加而增强。PH值为5时，吸附程度达到最大，随后观察到的吸附能力的减小可能是由于金属离子的局部水解形成的M(OH)+离子和M(OH)2导致的，与M

17、2+离子相比，它会在更大程度上被吸附在一个较小的极性炭表面（Onundi等，2010）。此外，pH大于5时，被水解的低溶解性的金属将形成沉淀 ，从而降低CNT-GAC的吸附能力。 图5 CNTGAC的红外光谱 图6 在混合液中将金属吸附到CNTGAC上时PH影响接触时间的影响 在pH =5时，接触时间对金属去除百分率的影响表示在图7中。由图7可看出：在前5分钟内，吸附速率增加较快，之后吸附速率随着时间缓慢增加，最后在60分钟时吸附速率达到平衡。吸附在初始阶段速率较快可能是由于溶液中存在着初始浓度梯度以及在CNT-GAC表面存在着可利用的空的接触位点。吸附速率在逐步减少并最终达到吸附平衡可能是由

18、于随着时间的推移，吸附剂上可利用的活性吸附位点的减少，导致所得的吸附分子从散装液体中有限的传质到CNT-GAC的外表面。据指出，每种金属达到平衡时的吸附能力均不相同：铅离子为99，铜61，镍20，金属的亲和趋势为 Pb2+ > Cu2+ > Ni2+ 。观察的趋势是一致的，是由戈埃尔等 （ 2005）提出的，对吸附剂的官能团来说，硫的存在有利于铅离子选择性吸附。吸附剂用量的影响 当PH为5吸附时间为60分钟时，吸附容量的结果为增加，如图8所示。 据观察，吸附剂用量从0.5克/升增加到1克/升时，铅的金属吸附容量从0.119毫克/克上升至0.853毫克/克 ，而铜的金属吸附容量从0.

19、109毫克/克上升至1.013毫克/克。值得注意的是，超过1 g / L的剂量时，铜和铅的吸附容量都下降。然而，对于镍离子来说，计量从0.01毫克/升到1 克 / 升，最高为0.07毫克/升在2克/升。这意味着，吸附剂的最佳用量为1克/升到 2 克/升，因此，进一步增加吸附剂的用量将不会导致吸附容量的显著增加。随着吸附剂用量的增加，初始浓度的吸附容量是可以预期的，因为吸附剂用量的增加可以导致吸附剂颗粒数量的增加，从而金属可以有更多的表面进行接触，由阿查（2009）报道。这是合理的，较高的吸附剂的用量对于金属离子来说会有更多的可用性交换位（阿查里雅，2009年）。由图8可注意到，进一步增加吸附剂

20、用量到超出最大吸附量（以1g/ L的Cu2 +和Pb2 +，2 g / L的Ni2+）会导致吸附能力的下降。这种吸附能力下降的现象，可能是由于当吸附剂用量超过2 g/L时，吸附位点的重叠导致吸附颗粒的拥挤所造成的。这在吸附剂外层产生了一种屏蔽效应，从而屏蔽了金属的结合位点。 平衡吸附等温线 平衡吸附数据被放入Langmuir和Freundlich方程，用相关系数（R 2）为参数来生成模型，见表3.据观察，相关系数为R2时，结果更适用于Langmuir模型，即铅0.99，铜0.93，镍0.89。观察到的CNT-GAC表面的金属亲和力的趋势为 Cu2+ > Pb2+ > Ni2+。这可

21、能是由于金属的初始浓度遵循同样的趋势。在表3中，就“b”值来说，吸附剂表面对金属的亲和性的趋势为： Pb2+ > Cu2+ > Ni2+，这可能是由CNT-GAC表面的酸性官能团引起的。尤其是磷酸基团在众多金属当中更加有利于铅离子的吸附，而其他酸性基团通常有利于其他金属吸附。 图7 接触时间对吸附的影响 图8 吸附剂用量对吸附能力的影响 表3 在27(±2) °C 以及pH =5时金属吸附等温线参数结论 成功的制作一种新型的CNT-GAC复合材料比单独制作纯的纳米材料容易 当CNT被合成到更大的GAC基板上时，在碳的纳米管生产方面热CVD工艺与浮动催化CVD工艺相比更加清洁。吸附条件实验结果表明：铜、镍和铅离子在pH为5时具有最高吸附能力，而最大吸附剂用量为1 g / L时，铜和铅离子的吸附能力为1.013和0.853毫克/ g，镍为0.07毫克/克。朗缪尔吸附等温式模型给出更高的R2值为0.93、0.89和0.986的铜、镍、铅，对于纳米材料在不同领域的不同应用，这种新型材料打开了一扇新的大门，如：化工，石化等行业和废水污水处理厂，