乙酸联合Fe3O4改性污泥基生物炭处理含铀废水的实验研究

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含铀废水具有一定的放射性和化学毒性,如不妥善处置,容易导致人体产生各种疾病,破坏周边生态环境。本研究以剩余污泥为原材料,乙酸和Fe3O4为改性剂成功制备了污泥基生物炭(sludge-based biochar,SBB)、乙酸改性污泥基生物炭(Acetic-acid modified sludge-based biochar,ASBB)和乙酸-Fe3O4污泥基生物炭(Acetic acid-Fe3O4 sludge-based biochar,ASBB-Fe3O4),采用正交试验及单因素实验分析了不同制备条件下SBB及ASBB对含铀废水去除效果的影响。通过孔径分析、扫描电镜、X射线能谱仪、红外光谱、X射线电子能谱分析等检测手段解析了ASBB、ASBB-Fe3O4去除U(Ⅵ)的机理。主要研究结果如下:正交试验表明污泥与KOH质量比在SBB的制备过程中起显著影响。当含铀废水pH为6.0、U(Ⅵ)质量浓度为10.0 mg/L、ASBB投加量为0.3 g/L,反应5.0 min可达到吸附平衡,去除效率为97.8%。当含铀废水pH为5.0、U(Ⅵ)质量浓度为10.0 mg/L、ASBB-Fe3O4投加量为0.3 g/L,反应10.0 min可达到吸附平衡,去除效率为98.23%,在提高材料分离能力的同时,其对铀的去除效率相较于ASBB略有提高。结合孔径分析、扫描电镜、X射线能谱仪、红外光谱、X射线电子能谱分析等检测手段分析结果表明,乙酸不但可增加SBB表面-COOH含量,且具有较好的扩孔效果。Fe3O4均匀嵌入到ASBB表面孔径内。ASBB与U(Ⅵ)反应过程中不存在氧化还原反应,以吸附结合为主,ASBB-Fe3O4与U(Ⅵ)的反应过程中除了单纯的吸附结合外,还存在一定量的U(Ⅵ)被还原为U(IV),其主要原因可能为Fe3O4中的Fe(II)将U(Ⅵ)还原为U(IV)。研究结果表明,利用剩余污泥为原材料,乙酸和Fe3O4为改性材料制备的ASBB和ASBB-Fe3O4对铀均具有良好的吸附效果,同时解决了含铀废水的污染和污泥的资源化问题。具有较好的实际应用价值和经济价值。
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