论文部分内容阅读
地表水和地下水中的天然砷(As(Ⅲ,Ⅴ))污染,由于具有致癌性和高毒性,已成为严重的环境和健康问题,威胁着全球数百万人的生命。即使在低浓度下,砷也具有较高的毒性和致癌性,因此,世界卫生组织(WHO)将饮用水安全标准中砷的最大允许值由50ppb调至10 ppb。为了有效地去除被污染水体中砷,阻止各种疾病的发生,使人们生活更加健康,研究人员已经探索出了各种吸附剂去除水中的砷。纳米材料相对于传统材料具有很多优势,但开发出对As(Ⅲ)或As(Ⅴ)具有良好吸附能力、优异选择性、良好的再生能力和实际应用的新型纳米吸附剂,仍然是一项具有挑战性的任务。本文介绍了水热法合成四种不同的新型纳米材料,分别为氧化锆纳米片、介孔氧化锆纳米结构(MZN)、锌铁氧体纳米团簇(ZFNC)和磁性生物质复合材料(CMOPC)用于去除水中砷,研究了初始pH值、As(Ⅲ)/As(V)初始浓度、接触时间和共存离子对砷去除效率的影响,并研究了吸附机理和吸附材料净化实际砷污染水的效能。(1)采用Fe3O4磁性纳米颗粒修饰桔皮煅烧制备成一种新型复合材料(CMOPC),通过同时氧化和吸附方法去除水中的As(Ⅲ)。吸附实验结果表明,CMOPC由于比表面积大、多孔径、表面上有较多的活性位点,对As(Ⅲ)具有较好的吸附能力(10.3 mg/g)。Pseudo-second-order模型和Langmuir等温模型可以很好地描述As(Ⅲ)在CMOPC上的吸附行为。吸附机理可能包括As(Ⅲ)与CMOPC中羟基交换形成Fe-O-As(Ⅲ),部分As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),然后在CMOPC表面瞬时吸附。CMOPC对水中共存离子具有良好的抗干扰能力、再生能力强,对模拟实际的As(Ⅲ)污染水有良好的处理效果。(2)采用水热法制备了氧化锆纳米片,由于其比表面积大、表面丰富羟基和对As(Ⅲ)具有较强的化学吸附亲和力,氧化锆纳米片在较宽的酸碱度范围内对As(Ⅲ)具有较高的吸附能力。实验结果表明,氧化锆纳米片在pH=6条件下对As(Ⅲ)的最大吸附容量可达74.9 mg/g。采用BET、Zeta电位、FTIR和XPS等分析手段,研究了Zr02纳米片对As(Ⅲ)吸附过程。此外,Zr02纳米片对模拟实际As(Ⅲ)污染水的处理速度非常快,效果良好,处理后的砷浓度达到世界卫生组织规定的标准。(3)采用水热法合成了介孔氧化锆纳米结构(MZN)有效去除水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)。采用BET、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和能量色散X射线光谱(EDX)技术对合成MZN进行了表征。吸附实验结果表明,在中性pH条件下,MZN对和As(Ⅲ)和As(Ⅴ)去除能力分别为105.03和110.29 mg/g,优于文献报道的许多吸附剂。Pseudo-second-order模型和Langmuir等温模型可以很好地描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在MZN上的吸附行为。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)研究了 As(Ⅲ)和As(V)在MZN上的吸附机理,并且MZN对模拟实际砷(As(Ⅲ,Ⅴ))污染水的处理速度非常快,效果良好。该项研究表明,将来MZN.能够作为候选材料应用于实际水中As(Ⅲ)和As(V)的去除。(4)采用水热法合成了新型锌铁氧体(ZnFe2O4)纳米簇(ZFNC),能够有效去除水中的As(Ⅲ)。对ZFNC的结构、形态、元素组成和磁性能进行了系统表征。研究了 ZFNC吸附As(Ⅲ)与初始pH值、接触时间、不同初始浓度和温度的关系。实验结果表明,在室温中性pH条件下,合成的ZFNC对As(Ⅲ)吸附容量大于84 mg/g。分别用Pseudo-second-order模型和Freundlich等温模型描述了 As(Ⅲ)在ZFNC上的吸附行为。利用傅里叶变换红外光谱(FTⅢR)和X-射线光电子能谱(XPS)研究了As(Ⅲ)在ZFNC上的吸附机理。此外,ZFNC对模拟实际的Asa(Ⅲ)污染水有良好的处理效果,且再生性能良好。