脫硫石膏基羥基磷灰石對(duì)Cu2+吸附性能的研究

嚴(yán)玉波,董曉麗,孫曉蕾,李健生,沈錦優(yōu),韓衛(wèi)清,劉曉東,孫秀云*,王連軍*

(1.南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院,江蘇 南京210094；2.江蘇省化工污染控制與資源化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京210094)

脫硫石膏基羥基磷灰石對(duì)Cu2+吸附性能的研究

嚴(yán)玉波1,2,董曉麗1,2,孫曉蕾1,2,李健生1,2,沈錦優(yōu)1,2,韓衛(wèi)清1,2,劉曉東1,2,孫秀云1,2*,王連軍1,2*

(1.南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院,江蘇 南京210094；2.江蘇省化工污染控制與資源化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京210094)

以燃煤電廠廢棄物脫硫石膏(FGD)為主要原料,利用水熱合成法制備羥基磷灰石(FGD-HA),利用XRD和SEM對(duì)FGD-HA的物相組成和微觀形貌進(jìn)行了分析和觀察.通過(guò)靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)研究了吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線以及吸附熱力學(xué).結(jié)果表明,偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型相關(guān)系數(shù)為0.9998,是描述FGD-HA吸附Cu2+的最佳動(dòng)力學(xué)模型,Cu2+在FGD-HA上的吸附平衡符合Langmuir等溫線模型(R2=0.9846),熱力學(xué)表明此吸附是自發(fā)吸熱的過(guò)程.利用響應(yīng)面分析法對(duì)Cu2+的吸附條件進(jìn)行優(yōu)化,得出投加量3.11g/L、pH值4.96、溫度22.09℃、Cu2+初始濃度24.75mg/L為最佳吸附條件,此條件下Cu2+去除率預(yù)測(cè)值為100%,相同條件下開(kāi)展的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果為97.4%,與預(yù)測(cè)值相接近說(shuō)明模型的選擇是實(shí)際可行的.

脫硫石膏；羥基磷灰石；吸附；響應(yīng)面分析法

近年來(lái),隨著電鍍、采礦等行業(yè)的迅猛發(fā)展,大量的含銅工業(yè)廢水隨之進(jìn)入天然水體.銅對(duì)人體有很強(qiáng)的毒害作用,過(guò)量的攝入會(huì)出現(xiàn)嘔吐、腹部絞痛、痙攣等癥狀,嚴(yán)重者甚至死亡[1].因此,在含銅廢水排放之前,必須對(duì)其進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理.在眾多的除銅技術(shù)中,吸附法由于其高效、經(jīng)濟(jì)、易操作而備受研究者親睞[2-3].

羥基磷灰石是一種高效的重金屬吸附劑,具有低水溶性和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)[4].目前研究者制備羥基磷灰石的鈣源主要是化學(xué)試劑和生物材料,對(duì)于一些高鈣工業(yè)廢渣的關(guān)注較少.脫硫石膏是火電廠煙氣脫硫后排放的廢渣,其中硫酸鈣含量一般在90%以上.據(jù)統(tǒng)計(jì)[5],2010年全國(guó)脫硫石膏排放量高達(dá)5230萬(wàn)t,大量脫硫石膏的堆積對(duì)大氣與地下水造成嚴(yán)重污染.

本課題組擬采用脫硫石膏為鈣源制備羥基磷灰石,并將其應(yīng)用于含銅廢水的處理中.分別從吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線以及吸附熱力學(xué)等方面探討FGD-HA對(duì)Cu2+的吸附性能.最后利用響應(yīng)面分析法對(duì)影響 Cu2+吸附的因素進(jìn)行優(yōu)化,提出FGD-HA吸附Cu2+的最佳條件,為工業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

脫硫石膏取自南京某火力發(fā)電廠,樣品中CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為40%,此外還含有少量的SiO2、Al2O3和 Fe2O3,未檢出重金屬成分;1000mg/L含銅廢水采用CuSO4·5H2O與去離子水配制而成,按比例稀釋此廢水即得實(shí)驗(yàn)所需濃度廢水;CuSO4·5H2O、(NH4)2HPO4、NH3OH、無(wú)水乙醇等試劑均由南京化學(xué)試劑有限公司提供,且所有試劑均為分析純.

1.2 FGD-HA的制備及表征

原脫硫石膏用去離子水洗滌多次后置于80℃下烘干,將烘干后的樣品研磨至過(guò)200目篩,備用.按照 Ca/P摩爾比為1.67分別稱取脫硫石膏2g,加入到100mL0.0429mol/L的(NH4)2HPO4溶液中,調(diào)節(jié) pH值為10～11,充分?jǐn)嚢韬笠迫刖鬯姆蚁﹥?nèi)寸的反應(yīng)釜中,置于150℃下反應(yīng)24h,反應(yīng)完成后陳化24h.將沉淀物取出先用去離子水洗至近中性后再用無(wú)水乙醇洗3遍,在80℃烘箱中烘干后收集.

獲得的樣品用 X 射線衍射儀(XRD) (D8Advance,Bruker,德國(guó))測(cè)定其物相組成,用掃描電鏡(SEM) (S-4800, Hitachi, 日本)觀察其微觀形貌.BET比表面積測(cè)定儀(ASAP2020, Micromeritics Instrument,美國(guó))測(cè)出FGD-HA的比表面積為79.13m2/g,高于相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[6-7],有利于重金屬離子的吸附.

1.3 吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取0.075g FGD-HA投加到25mL60mg/L的含銅廢水(pH=5.3±0.1)中,置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中,控制溫度為20℃,振蕩速度為200r/ min.分別在5,10,20,30,45,60,90,120,150,180min取樣,過(guò)0.22μm濾頭后用等離子體原子發(fā)射分光光度計(jì)(ICP-AES) (Optima7000DV, PerkinElmer,美國(guó))測(cè)定殘余 Cu2+濃度,根據(jù)式(1)計(jì)算去除率.

式中: R為Cu2+去除率,%;Ct為t時(shí)刻廢水中Cu2+的濃度,mg/L.

1.4 吸附等溫線

準(zhǔn)確稱取0.05g FGD-HA分別投加到25mL不同濃度(20,40,60,80,100mg/L)的含銅廢水(pH=5.3±0.1)中,控制溫度為30℃,振蕩速度為200轉(zhuǎn)/min,充分反應(yīng)3h后,取出測(cè)定殘余Cu2+濃度,根據(jù)式(2)計(jì)算吸附容量.

式中: qe為Cu2+吸附容量,mg/g;C0為初始Cu2+濃度,mg/L;Ce為反應(yīng)后殘余Cu2+濃度,mg/L;V為廢水體積,L;m為FGD-HA用量,g.

1.5 吸附熱力學(xué)

準(zhǔn)確稱取0.05g FGD-HA投加到25mL60mg/L的含銅廢水(pH=5.3±0.1)中,分別置于不同溫度(20,30,40℃)下,控制振蕩速度為200轉(zhuǎn)/min,充分反應(yīng)3h后取出測(cè)定殘余Cu2+濃度.

1.6 吸附條件的響應(yīng)面優(yōu)化

選取 FGD-HA投加量、pH值、溫度和Cu2+初始濃度4個(gè)影響因素,采用 Box-Behnken響應(yīng)面模型設(shè)計(jì)29組試驗(yàn),對(duì)FGDHA吸附的條件進(jìn)行優(yōu)化,旨在高效吸附去除廢水中的Cu2+.具體試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表1和表2.

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素、水平及編碼Table1 Variables, levels and codes chosen for RSM

表2 響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果Table2 The experimental results of RSM

2 結(jié)果與討論

2.1 FGD-HA的表征

圖1為FGD-HA樣品的廣角XRD圖.從圖1可以看出FGD-HA在002、211、112、300、202、310、222、213處有較強(qiáng)的特征峰,且這些特征峰與羥基磷灰石標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS09-432)相吻合,說(shuō)明合成的FGD-HA的主要成分是羥基磷灰石.從寬化的峰型來(lái)看,合成的羥基磷灰石具有較低的結(jié)晶度和較細(xì)的晶粒.

圖1 FGD-HA的XRD圖Fig.1 X-ray diffraction pattern of FGD-HA

圖2 FGD-HA的SEM圖Fig.2 SEM image of FGD-HA

圖2為FGD-HA樣品的SEM照片.由圖2可見(jiàn),FGD-HA表面由大量團(tuán)聚的顆粒堆積成棉絮狀,且具有大量不規(guī)則的孔道,提供了更多的吸附位點(diǎn),有利于廢水中Cu2+的去除.

2.2 溶液pH值對(duì)Cu2+吸附的影響

從圖3可以看出,Cu2+吸附容量隨著pH值的增大而增加.主要原因有如下幾方面:在強(qiáng)酸性條件下,FGD-HA部分溶解,導(dǎo)致原有的吸附位點(diǎn)減少;低 pH值下 H+與 Cu2+競(jìng)爭(zhēng)吸附較激烈; FGD-HA表面在pH值為2～6下帶負(fù)電,且隨著pH值的增加電負(fù)性略有增強(qiáng),這有利于對(duì)正價(jià)Cu2+的吸附;pH值為6時(shí),部分Cu2+會(huì)生成沉淀,提高了其吸附容量.

2.3 吸附動(dòng)力學(xué)

廢水中銅去除率隨時(shí)間的變化結(jié)果如圖3所示.從圖3可以看出,FGD-HA吸附銅的過(guò)程可以分為2個(gè)階段,第1階段為快速吸附,即吸附的前10min,去除率達(dá)76%;第2階段為緩慢吸附,較第1階段去除率僅增加了11.6%.吸附在2.5h后基本達(dá)到平衡.由圖3可見(jiàn),原脫硫石膏對(duì)銅基本沒(méi)有去除能力.

圖3 pH值對(duì)Cu2+吸附的影響Fig.3 Effect of pH on Cu2+removal

圖4 Cu2+去除率隨時(shí)間的變化曲線Fig.4 Effect of time on Cu2+removal

為進(jìn)一步考察FGD-HA對(duì)Cu2+的吸附機(jī)制,分別采用偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型[式(3)]、偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型[式(4)][8-10]對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析,結(jié)果見(jiàn)表3.結(jié)果顯示偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的相關(guān)系數(shù)(R2=0.9998)大于偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型(R2=0.9376),并且偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出的最大吸附容量(qm=17.73mg/g)與實(shí)驗(yàn)值(qm=17.54mg/g)十分相近,由此可以得出偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型更能反映FGD-HA對(duì)Cu2+的吸附行為,同時(shí)也可以說(shuō)明吸附過(guò)程的總體速率主要受化學(xué)過(guò)程控制[11].

式中: qe為平衡吸附容量,mg/g;t為吸附時(shí)間,min;qt為t時(shí)刻吸附容量,mg/g;k1為偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)速率常數(shù);k2為偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)速率參數(shù);qm為最大吸附容量,mg/g.

表3 動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table3 Kinetics parameters of adsorption Cu2+onto FGD-HA

2.4 吸附等溫線

選取 Langmuir[式(5)], Freundlich[式(6)]和Dubinin-Radukevich(D-R)[式(7)～式(9)][12-14]三種常用的吸附等溫線模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

式中: Ce為平衡吸附濃度,mg/L;qe為平衡吸附容量,mg/g;qm為最大吸附容量,mg/g;b為L(zhǎng)angmuir常數(shù);KF、n為 Freundlich常數(shù);β為 D-R常數(shù),mol2/kJ2;ε為波拉尼吸附勢(shì)能,J/mol;R為氣體常數(shù),8.3145J/(mol·K);T為吸附溫度,K;Ea平均吸附能,kJ/mol.

擬合結(jié)果的各參數(shù)列于表3中.從相關(guān)系數(shù)上可以清楚的看出 Langmuir吸附等溫線模型優(yōu)于Freundlich和D-R模型,說(shuō)明FGD-HA表面性質(zhì)較為均一,其對(duì) Cu2+的吸附過(guò)程為單分子層吸附.Freundlich方程中n=3.99,介于2～10之間說(shuō)明此吸附過(guò)程是非常容易進(jìn)行的[15-16].D-R模型中 Ea的取值更能反映出吸附機(jī)理.當(dāng) Ea<8KJ/mol時(shí),吸附類(lèi)型主要是物理吸附;當(dāng)816KJ/mol時(shí),吸附類(lèi)型為強(qiáng)化學(xué)吸附[17].本實(shí)驗(yàn) Ea=8.39,說(shuō)明FGD-HA吸附Cu2+的過(guò)程主要發(fā)生離子交換反應(yīng).

表4 等溫線參數(shù)Table4 Equilibrium parameters of adsorption Cu2+onto FGD-HA

2.5 吸附熱力學(xué)

吉布斯自由能變(ΔG°, kJ/mol)、焓變(ΔH°, kJ/mol)、熵變(ΔS°, kJ/mol/K)等熱力學(xué)參數(shù)在吸附劑實(shí)際應(yīng)用中具有指示性作用.采用熱力學(xué)公式和 van’Hoff方程[式(10)～(12)]計(jì)算得到FGD-HA吸附Cu2+的熱力學(xué)參數(shù)(表5).

式中: K為吸附平衡常數(shù);Cs平衡吸附容量,mg/g; Ce為溶液中 Cu2+的平衡濃度,mg/L;R為氣體常數(shù),8.3145J/(mol·K);T為吸附溫度,K.

負(fù)值的ΔG°和正值的ΔH°表明 FGD-HA對(duì)Cu2+的吸附是自發(fā)的吸熱過(guò)程,ΔG°值隨著溫度的增加逐漸減小再次說(shuō)明此吸附過(guò)程在較高溫度下能獲得較好的吸附效率. ΔS°為正值表明FGD-HA吸附Cu2+的過(guò)程其固液界面的混亂度增加,這與Hao等[18]利用氨基功能化的磁性納米材料吸附Cu2+的研究結(jié)果一致.

2.6 共存離子的影響

表5 FGD-HA吸附Cu2+的熱力學(xué)參數(shù)Table5 Thermodynamic parameters of adsorption Cu2+onto FGD-HA

圖4為不同陽(yáng)離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)對(duì)Cu2+吸附的影響.從圖4可以看出,一價(jià)陽(yáng)離子對(duì) Cu2+吸附的影響要大于二價(jià)陽(yáng)離子.當(dāng)共存離子濃度從0增加到0.5mol/L時(shí),Cu2+吸附受四種陽(yáng)離子影響的順序從大到小分別為 Na+>K+> Mg2+>Ca2+,吸附去除率從87.8%分別減至75.8%、76.6%、79.2%、80.4%.

圖5 共存離子對(duì)Cu2+去除率的影響Fig.5 Effect of co-existing ions on Cu2+removal

2.7 機(jī)理分析

圖6 pH值對(duì)溶液中Ca2+濃度的影響Fig.6 Effect of pH on Ca2+concentration

圖6為pH值對(duì)FGD-HA中Ca2+的溶出的影響.由圖6可知,pH=2時(shí),溶液中Ca2+濃度最高,當(dāng)pH≥4時(shí),溶液中Ca2+濃度基本穩(wěn)定不變.主要原因是強(qiáng)酸性導(dǎo)致了FGD-HA的部分溶解.當(dāng)Cu2+存在時(shí),溶液中 Ca2+濃度相對(duì)于空白明顯增加,這說(shuō)明Cu2+與Ca2+之間發(fā)生了離子交換作用,同時(shí)也證實(shí)了D-R等溫線模型的結(jié)論.在pH=6時(shí),溶液中Ca2+濃度與空白想接近,說(shuō)明在此 pH值下確有部分Cu2+生成沉淀而沒(méi)有參與離子交換作用.

此外,通過(guò)對(duì)比磷酸鈣(pKsp=28.7)、磷酸銅(pKsp=36.9)、硫酸鈣(pKsp=5.04)和硫酸銅(易溶)的溶度積常數(shù)不難發(fā)現(xiàn)合成FGD-HA的路線是可行的(pKsp硫酸鈣pKsp磷酸鈣,所以FGD-HA中的Ca2+容易被Cu2+交換生成更穩(wěn)定的化合物.

2.8 吸附條件的響應(yīng)面優(yōu)化

2.8.1 回歸模型 采用Design-Expert8.05軟件對(duì)表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸擬合,得到以Cu2+去除率(%)為響應(yīng)值的方程:

表6 Box-Behnken模型的方差分析Table6 ANOVA for the fitted Box-Behnken model

模型方程的回歸系數(shù) R2=0.9812,表明此模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合較好.方差分析(表6)結(jié)果表明,投加量、pH值、溫度和初始濃度均對(duì)Cu2+的去除有顯著影響,根據(jù)影響的程度排序?yàn)閜H值>初始濃度>投加量>溫度.在交互項(xiàng)中,只有溫度-初始濃度交互作用對(duì) Cu2+去除有顯著影響,其余各因素之間的交互作用均不明顯.

2.8.2 響應(yīng)面分析 圖4～圖15為各因素交互影響的等高線圖和響應(yīng)曲面圖.曲線越陡表明該因素對(duì) Cu2+去除影響越大;曲面顏色越深表明Cu2+去除率越高[19-21].

圖7 pH值-投加量的等高線與響應(yīng)曲面圖Fig.7 Contour and surface plots for the effect of pH and dosage

從圖4可以看出,在等高線圖的右側(cè)上部區(qū)域,即投加量>3.0g/L、pH值在4.5～6.0之間時(shí)圖形顏色較深,Cu2+去除率較大;由圖5可見(jiàn),在等高線圖右側(cè)偏上部分,即投加量>3.5g/L、溫度在28～38℃之間時(shí)圖形顏色較深,Cu2+去除率效率較好;由圖6可知,在等高線圖的右側(cè)下角區(qū)域,即投加量>3.0g/L、初始濃度小于50mg/L時(shí)圖形顏色較深,Cu2+去除率較大;圖7表明,當(dāng)pH值介于4.5～6.0、溫度介于28～40℃時(shí),Cu2+去除率效率較好;從圖8可以看出,當(dāng) pH>4.0、初始濃度<60mg/L時(shí),Cu2+去除率較高;由圖9可知,當(dāng)Cu2+初始濃度<30mg/L時(shí),即使在較低的溫度下也可以獲得較好的去除效果.總的來(lái)說(shuō)提高溶液 pH值、提高FGD-HA投加量、增加吸附溫度和降低Cu2+初始濃度都會(huì)提高Cu2+去除率.這是因?yàn)閜H值的提高不僅降低了FGD-HA的溶解、質(zhì)子與 Ca2+對(duì)吸附位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng),而且增加了FGD-HA表面的電負(fù)性,有利于 Cu2+的吸附.隨著FGD-HA投加量的增加,活性吸附位點(diǎn)隨之增加,而 Cu2+初始濃度的減少其所需吸附位點(diǎn)也減少,所以提高投加量和減少初始濃度都有利于Cu2+的吸附.溫度越高吸附效果越好,表明吸附過(guò)程涉及化學(xué)反應(yīng).原因可能是Cu2+易水合,打破水合作用釋放出易被吸附的離子形態(tài)需要較高的能量;Cu2+與Ca2+發(fā)生離子交換是吸熱過(guò)程,所以提高溫度也可以相應(yīng)增加Cu2+去除率.

2.8.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 根據(jù) Box-Behnken(BBD)模型分析結(jié)果得出利用FGD-HA去除廢水中Cu2+的最佳條件為:投加量=3.11g/L、pH=4.96、溫度=22.09℃、Cu2+初始濃度=24.75mg/L,此條件下Cu2+的去除率可達(dá)100%.在上述條件下開(kāi)展驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),最終實(shí)測(cè)Cu2+去除率為97.4%,與預(yù)測(cè)值接近,再次說(shuō)明該模型的可信性.

圖8 溫度-投加量的等高線與響應(yīng)曲面圖Fig.8 Contour and surface plots for the effect of temperature and dosage

圖9 初始濃度-投加量的等高線與響應(yīng)曲面圖Fig.9 Contour and surface plots for the effect of initial concentration and dosage

圖10 pH值-溫度的等高線與響應(yīng)曲面圖Fig.10 Contour and surface plots for the effect of pH and temperature

圖11 pH-初始濃度的等高線與響應(yīng)曲面圖Fig.11 Contour and surface plots for the effect of pH and initial concentration

圖12 初始濃度-溫度的等高線與響應(yīng)曲面圖Fig.12 Contour and surface plots for the effect of initial concentration and temperature

3 結(jié)論

3.1 原脫硫石膏對(duì)廢水中的Cu2+基本沒(méi)有去除能力,而FGD-HA對(duì)Cu2+有較好的去除效果.

3.2 吸附動(dòng)力學(xué)模型研究表明FGD-HA吸附Cu2+的過(guò)程符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型;分別采用Langmuir, Freundlich和 Dubinin-Radukevich等溫線模型對(duì)Cu2+吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn) Cu2+吸附更加符合Langmuir模型,根據(jù)Langmuir方程式計(jì)算出的最大吸附容量為30.30mg/g;吸附熱力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)FGD-HA吸附Cu2+的過(guò)程是自發(fā)的吸熱過(guò)程.

3.3 機(jī)理分析結(jié)果表明,FGD-HA吸附 Cu2+的過(guò)程主要發(fā)生Ca2+與Cu2+離子交換反應(yīng).通過(guò)對(duì)比磷酸鈣、磷酸銅、硫酸鈣和硫酸銅的 pKsp發(fā)現(xiàn)Ca2+與Cu2+的離子交換是容易發(fā)生的.

3.4 響應(yīng)面分析結(jié)果表明,在 FGD-HA吸附Cu2+系統(tǒng)中,投加量、pH值、溫度和初始濃度對(duì)Cu2+去除率均有顯著影響;在交互項(xiàng)中,只有溫度-初始濃度對(duì)去除率有顯著影響.

3.5 BBD模型優(yōu)化結(jié)果表明,投加量=3.11g/L、pH=4.96、溫度=22.09℃、Cu2+初始濃度=24.75mg/L為最優(yōu)條件,在此最優(yōu)條件下開(kāi)展的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)值較吻合,說(shuō)明所建立的模型與實(shí)際相符.

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Cu2+removal from wastewater using hydroxyapatite prepared from FGD gypsum.

YAN Yu-bo1,2, DONG Xiao-li1,2, SUN Xiao-lei1,2, LI Jian-sheng1,2, SHEN Jin-you1,2, HAN Wei-qing1,2, LIU Xiao-dong1,2, SUN Xiu-yun1,2*, WANG Lian-jun1,2*
(1.Department of Environmental Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing210094, China；2.Jiangsu Key Laboratory of Chemical Pollution Control and Resources Reuse, Nanjing210094, China). China Environmental Science,2014,34(8)：2040～2048

Hydroxyapatite (FGD-HA) was synthesized from waste FGD gypsum using hydrothermal method. FGD-HA was characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) and investigated as adsorbent for removal Cu2+from wastewater. The sorption kinetics, isotherms and thermodynamics of Cu2+adsorption onto FGD-HA were investigated by batch tests. The kinetics was evaluated utilizing pseudo-first order and pseudo-second order models, and the experimental data agreed well with the pseudo-second order model due to its relatively high R2value (0.9998). The equilibrium data were further analyzed by using the Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich models. Equilibrium sorption of Cu2+onto FGD-HA had best fitness with the Langmuir model. Response surface methodology (RSM) employed to optimize the adsorption process parameters. The optimum operating conditions were determined as dosage of3.11g/L, pH of4.96, temperature of22.09℃, initial concentration of24.75mg/g, and the removal efficiency for Cu2+was found to be100%. The verification experiment was also carried out at same conditions and the result was97.4%, confirming that the model was effective.

t：FGD gypsum；hydroxyapatite；adsorption；response surface methodology

X705

：A

：1000-6923(2014)08-2040-09

嚴(yán)玉波(1988-),男,江蘇連云港人,南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院博士研究生,研究方向?yàn)楣I(yè)固體廢棄物的減量化與資源化.

2013-12-05

江蘇省科技支撐計(jì)劃(BE2011834)

* 責(zé)任作者, 教授, sunxyun@njust.edu.cn(孫秀云),wanglj@njust.edu. cn(王連軍)