改性桑树杆活性炭的制备及其对磷和铬的吸附研究

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随着社会的发展与进步,越来越多的人类活动破坏了自然界中的磷循环。磷作为一种营养物质,容易被植物吸收利用,所以天然水体中磷浓度较低。水体中过量的磷主要来源于农业废水、工业废水以及城市生活污水。目前,治理含重金属废水是环境工程领域的一个热点课题。重金属物质进入环境后,通过食物链的循环在生物体内富集和放大,对生物体的正常代谢造成严重威胁。并且进入环境中的重金属物质与环境中的有机质等发生物理化学作用而被固定、富集,从而影响重金属在环境中的迁移、转化。本研究采用桑树杆为原材料,使用高锰酸钾、氯化亚铁、三乙烯四胺和环氧氯丙烷对桑杆活性炭进行改性制备改性桑杆活性炭。研究了改性桑杆活性炭对磷和铬的吸附性能和机理。获得的主要结果如下:(1)改性桑杆活性炭结构保持较好,孔隙未出现塌陷或破坏现象,表面含有大量羟基。(1)溶液的pH值对磷的去除效果影响明显,吸附剂对磷的吸附量随着溶液pH值的升高而逐渐下降。当pH=2时,吸附效果最好;NO3-、CO32-、SO42-对改性桑杆活性炭吸附磷的产生抑制作用的强弱顺序为:CO32->SO42->NO3-;随着离子强度的增大,吸附剂对磷的去除率逐渐降低。改性桑树杆活性炭对磷的去除行为符合二级动力学方程。在25℃、35℃和45℃下,Langmuir等温吸附模型拟合的相关系数R2分别为0.999、0.998、0.999,Langmuir模型适合拟合改性桑杆活性炭对磷的等温吸附实验,最大吸附量分别为23.09、25.32和26.34 mg/g;,当初始pH>2时,未检测出铁的溶出,吸附剂在吸附过程中稳定性较好。(2)溶液的pH值对Cr(VI)的去除效果影响明显,吸附剂对Cr(VI)的吸附量随着溶液pH值的升高而逐渐下降。当pH=2时,吸附效果最好。NO3-、CO32-、SO42-对改性桑杆活性炭吸附Cr(VI)产生抑制作用的强弱顺序为:SO42->CO32->NO3-。改性桑杆活性炭对Cr(VI)的吸附行为符合二级动力学方程。在25℃、35℃和45℃下,Langmuir等温吸附模型拟合的相关系数R2分别为0.999、0.999、0.999,最大吸附量分别为28.31、31.02和37.14 mg/g,Langmuir模型适合拟合改性桑杆活性炭对Cr(VI)的等温吸附实验。在初始pH=2时,有少量的铁溶出,当初始pH>2时,未检测出铁的溶出,吸附剂在吸附过程中稳定性较好。(4)对吸附磷前后的改性桑杆活性炭进行表征分析。FTIR分析结果表明表面羟基以及酚羟基参与了吸附反应;XPS分析表明吸附剂中的铁、锰氧化物参与了吸附反应在;吸附磷后,P2p光谱在对应于磷酸基团的结合能量于132.87eV处有P 2p轨道特征峰明显存在,这进一步表明磷酸盐已经化学吸附在吸附剂的表面上。(5)对吸附Cr(VI)前后的改性桑杆活性炭进行表征分析。FTIR分析结果表明Cr(VI)和金属氧化物之间形成表面络合物,表面羟基以及酚羟基参与了吸附反应;XPS分析表明吸附剂中的铁、锰氧化物参与了吸附反应在;吸附Cr(VI)后,Cr2p光谱在对应于Cr(VI)的结合能量于576.32eV处有Cr2p轨道特征峰明显存在,这进一步表明Cr(VI)已经化学吸附在吸附剂的表面上。
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