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来自工业废水中过量合成染料的排放已经成为严重和极具挑战性的环境威胁。吸附技术能有效地去除废水中的合成染料,然而,目前常用的商业吸附剂成本高,因此急需寻找高效、低成本且环保的替代吸附剂。生物炭(Biochar)用做吸附剂去除环境污染物是近年来一个活跃的研究领域,而将生物炭(BCs)与纳米级零价铁(nZVI)结合,不仅可以提高吸附效率,而且基于nZVI的吸附剂对有机污染物还具有一定的降解潜力。但目前对染料具有最佳吸附和降解性能的nZVI/BC复合材料制备条件研究还比较缺乏,同时,对nZVI/BC复合材料处理废水中多种共存染料特性研究较少。本论文在使用响应面法(RSM)优化nZVI负载玉米芯生物炭合成的基础上,探讨了该合成吸附剂对两种典型染料,亚甲蓝(MB)和甲基橙(MO)在单一和复合体系中的吸附和降解特性;通过采用BET表面分析仪,扫描电子显微镜(SEM-EDX),X射线衍射仪(XRD),表面电位仪,傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),紫外可见分光光度计和HPLC-MS系统等表征,对复合材料对染料的吸附和降解机理进行了分析。获得的主要结果如下:(1)通过RSM试验设计,确定制备nZVI/BC复合材料的最优条件为:Fe/BC重量比为1:1,搅拌时间60min,搅拌速度400rpm,最终MO和MB的去除效率分别为98.35%和84.18%。同时,该条件下获得的最终模型在置信水平为95%时具有统计学显着性(p值<0.05),R~2值MB为0.9846,MO为0.8412,表明超过98.46%和84.12%的响应变化可以通过基于实验BBD获得的经验模型来解释。(2)通过优化工艺制备的nZVI/BC复合吸附剂较BC吸附剂显著提高废水中染料的去除效果。反应24h后,nZVI/BC和BC对MB的去除效率分别为84.25%和53.28%。在反应时间3h内,nZVI/BC和BC对MO的去除率分别为98%和44.8%。动力学研究表明,nZVI/BC对MB和MO的吸附速率与伪二级动力学方程相对应。Freundlich和Langmuir模型对MB和MO的吸附拟合较Temkin等温模型好,表明MB和MO的吸附行为主要是在非均匀吸附表面上的多层吸附,且两种染料在吸附剂颗粒上的单层覆盖和活性位点均匀分布。对于MB和MO,Langmuir最大吸附容量分别为270.27 mg/g和238.09mg/g。(3)就柱吸附而言,在MB单一染料体系中MB的突破曲线与Thomas和Yoon-Nelson模型相吻合,其中最佳拟合Yoon-Nelson模型的R~2=0.986,其动态吸收容量(q_b)为15mg/g,柱对MB去除效率为89.64%,而最大吸附容量为118mg/g。在复合(MO+MB)体系中,MB的存在一定程度上促进了MO的去除,即MO与MB的共存对其去除具有协同效应。这些效应可能归因于玉米芯BC对MB的亲和力高于MO,MB对吸附剂负电荷和阴离子染料MO之间静电排斥的缓和作用,以及随着MO被nZVI/BC的去除,pH的上升现象。(4)在紫外光谱条件下开展实验研究,运用HPLC-MS对中间产物进行检测,得到MB和MO的降解机理包括:nZVI/BC的氧化还原、络合,发色基团-N=N的断裂,共轭芳族结构的减少以及胺甲基取代基的裂解或连续的羟化导致芳香环的裂解。