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砷和镉都是有毒重金属,它们常在金属冶炼废水和矿井排水中共存,会污染土壤和环境水体,因此需要采取有效的方法来去除。生物炭作为一种低成本、制备简单、吸附效果好的吸附剂广泛应用于废水处理。本研究以稻壳、四氧化三铁、硝酸等为原料,合成一种新型生物炭吸附剂,对其进行SEM和XRD表征分析,并进行模拟废水中As3+和Cd2+的吸附研究。在单因素实验中,考察pH,吸附剂用量对吸附效果的影响;通过吸附动力学实验和吸附等温线实验研究吸附机理;通过响应面法,在pH 46、吸附剂用量0.61.0 g/L和镉、砷离子初始浓度1050 mg/L条件下对改性生物炭吸附镉、砷的效果进行优化以确定最佳吸附条件;通过镉、砷共吸附实验研究离子初始浓度、镉砷的添加顺序对改性生物炭吸附性能的影响。主要结论如下:(1)扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射技术(XRD)表征分析显示四氧化三铁成功负载于生物炭表面,使得改性后的生物炭具有更多的吸附位点,增强了吸附性能,且具有很强的磁性,可以很容易从水溶液中分离出来。(2)单因素实验结果表明生物炭在弱酸性或中性条件下对镉、砷吸附效果较好;在保证单位吸附量的前提下,一定限度内增加吸附剂用量可以明显增大镉、砷去除率。pH为5、吸附剂用量为1.0 g/L时单位生物炭吸附量和镉、砷去除率达到最优。(3)吸附动力学模型实验结果表明,镉在0.5 h达到吸附平衡,砷在2 h达到吸附平衡,准二级动力学模型更适用于描述吸附过程,表明吸附过程受化学作用控制;吸附等温线实验结果表明,Freundlich等温线更适用于描述吸附过程,说明镉、砷在生物炭上的吸附是单层的、均匀的。(4)响应面法对镉、砷吸附效果优化结果表明:pH 5.0、初始浓度10 mg/L、吸附剂用量1.0 g/L时镉和砷去除率达到最大,分别达到84.80%和72.08%。(5)共吸附实验结果表明:经浓度为10 mg/L砷预平衡的生物炭可以使50 mg/L镉的吸附量由17.44 mg/g增加到31.91 mg/g,说明砷的加入有助于镉的吸附;经浓度为10 mg/L镉预平衡的生物炭不会增加砷的吸附量,当预加入镉的浓度达到20 mg/L时,反而会抑制砷的吸附。当砷浓度为10 mg/L,镉浓度为50 mg/L时镉和砷吸附效果最好,推测它们之间存在某种协同作用。