铁锰复合氧化物/壳聚糖珠吸附材料制备及其去除水中砷、磷的研究

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砷是一种毒性很强的类重金属元素,伴随着岩石风化和人类活动,其进入到水环境中,造成地下水和地表水砷污染。世界许多国家和地区的地下水砷含量显著超标,对人体健康产生了严重危害。磷是生物生长的必需营养元素,但其含量过高往往会导致水体的富营养化,严重影响水质和生态系统健康。常见的除砷除磷技术很多,其中,吸附是最具应用前景的方法之一。但是,通常制备的吸附材料一般均为粉末状,导致其在实际应用中受到很大限制。为此,将粉末吸附材料进行造粒变得颇为重要,且粉末材料颗粒化成为目前研究热点之一。前期研究表明,粉末状铁锰复合氧化物可高效去除水体中的砷和磷;作为一种无毒、可生物降解的高分子物质,壳聚糖也是有效的粘合剂,可作为骨架将粉末吸附材料进行包覆,制成珠状吸附材料。本论文以壳聚糖为粘结剂,制备了新型铁锰复合氧化物/壳聚糖珠状吸附材料,对制备的吸附材料进行系统表征,并对其砷、磷去除效能开展系统探究。研究结果表明:1.获得的干态铁锰复合氧化物/壳聚糖珠吸附材料直径在1.61.8mm之间;其具有较大的比表面积(248.2 m2·g-1)和较高的机械强度(1.52.5 N)。2.铁锰复合氧化物/壳聚糖珠吸附材料继承了铁锰复合氧化物对砷的高吸附能力,在p H=7.0±0.1时,其对As(III)和As(V)的最大吸附容量分别可达54.2 mg·g-1和39.1 mg·g-1;该吸附材料适用的p H范围(5.010.0);共存的Ca2+和Mg2+略微促进铁锰复合氧化物/壳聚糖珠对砷的吸附,HCO3-和SO42-对砷吸附影响不大,而Si O32-和PO43-对砷吸附产生较强的抑制作用。3.铁锰复合氧化物/壳聚糖珠对磷也具有出良好的吸附性能,在p H=7.0±0.1时,最大吸附容量为13.3 mg·g-1;且在较宽p H范围(5.010.0)对磷都有较好的吸附去除能力;同样,共存的Ca2+和Mg2+促进铁锰复合氧化物/壳聚糖珠对磷的吸附,HCO3-、SO42-和Cl-1对磷吸附影响不大,而Si O32-对吸附产生抑制作用。4.干态铁锰复合氧化物/壳聚糖珠可方便地用于吸附柱系统。连续动态柱实验结果表明,当模拟含砷地下水初始浓度为233μg·L-1,吸附柱达到穿透时(即出水砷浓度达到10μg·L-1),可分别处理1400个柱体积的含As(V)模拟地下水和3000个柱体积的含As(III)的模拟地下水;当磷初始浓度为3mg·L-1时,吸附柱达到穿透(即出水口磷浓度达到0.5 mg·L-1)时,可处理800个柱体积的模拟含磷废水。5.铁锰复合氧化物/壳聚糖珠吸附材料具有良好的再生性能,用氢氧化钠溶液处理可使吸附的砷、磷有效的脱附,该吸附材料可多次重复使用。综上,制备的铁锰复合氧化物/壳聚糖珠具有较好的机械稳定性,对砷和磷表现出良好的吸附性能,且可有效地再生和多次重复使用,是一种很有应用前景的除砷除磷材料。
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