【摘 要】
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重金属铅（Pb）由于其持久性、难生物降解性、高生物毒性和潜在的生物积累作用被认为是极度危险的环境污染物,对Pb2+引起的水污染环境问题的治理是一项非常重要的任务。吸附法是一种操作简单、高效率的环境修复方法,已被广泛应用于去除水体中的重金属污染物。单独的水热污泥生物炭和MnFe2O4作为吸附剂对重金属的去除效果都不太理想。为了探究更高效、低成本和环境友好型的重金属吸附剂,本研究主要以污水处理厂的脱水
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重金属铅（Pb）由于其持久性、难生物降解性、高生物毒性和潜在的生物积累作用被认为是极度危险的环境污染物,对Pb2+引起的水污染环境问题的治理是一项非常重要的任务。吸附法是一种操作简单、高效率的环境修复方法,已被广泛应用于去除水体中的重金属污染物。单独的水热污泥生物炭和MnFe2O4作为吸附剂对重金属的去除效果都不太理想。为了探究更高效、低成本和环境友好型的重金属吸附剂,本研究主要以污水处理厂的脱水污泥作为原材料,利用水热法制备了磁性MnFe2O4-污泥生物炭复合材料去除水中Pb2+。本实验对所制备的材料进行表征分析,研究了材料的物理性能和成分组成。结合MnFe2O4-污泥生物炭复合材料对水体中Pb2+的吸附实验数据以及复合材料的表征分析,探究其对Pb2+的吸附性能和主要机制,主要研究工作及成果如下:（1）通过一步水热法制备磁性MnFe2O4-污泥生物炭复合材料,同时实现了污泥的水热炭化和MnFe2O4的制备。所制备的原始污泥生物炭SBC、MnFe2O4和不同污泥含量的MnFe2O4-污泥生物炭复合材料中,SBC、MnFe2O4对重金属Pb2+的吸附能力显著低于MnFe2O4-污泥生物炭复合材料。其中,1.5 g污泥制备的MnFe2O4-污泥生物炭复合材料（MFSB-1.5）对Pb2+的吸附效率最高。（2）所制备材料的表征结果表明了MFSB-1.5复合材料的成功合成,阻止了MnFe2O4的团聚和增强了水热污泥生物炭的机械结构,赋予MFSB-1.5复合材料磁性性能（29.94emu/g）和更高的比表面积（129.293m~2/g）。实验表明准二级动力学与Langmuir模型能更好地描述MFSB-1.5去除Pb2+的过程,最大吸附量为174.216mg/g。热力学分析表明MFSB-1.5复合材料对Pb2+的吸附过程为自发、吸热反应。（3）MFSB-1.5复合材料的投加量和Pb2+溶液p H值影响着复合材料对Pb2+的去除。在存在Pb2+和金属离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)的二元体系溶液中,MFSB-1.5能够有效去除水溶液中的Pb2+。然而,共存的Cu2+和Cd2+明显抑制了MFSB-1.5复合材料对Pb2+的吸附,Cu2+的抑制作用强于Cd2+,这主要涉及到材料的吸附机制和金属离子性质的共同作用。（4）物理吸附、静电吸引、共沉淀和络合反应是MFSB-1.5复合材料去除水体中Pb2+的主要作用机制,其中络合反应对Pb2+的去除贡献最大。O是MFSB-1.5复合材料对Pb2+较高吸附能力的关键元素。本研究所制备的磁性MnFe2O4-污泥生物炭复合材料具有制备简单、较好的Pb2+吸附能力、易磁分离、污泥资源化等优点,在去除水体Pb2+方面具有很大潜力和意义。
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