【摘 要】
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近年来,砷污染频发,危害人类健康,纳米吸附除砷材料的研发成为热点,其中锆基材料无毒、稳定,在砷吸附方面多有报道。相对As(V)而言,As(III)去除难度较大,通常需经氧化后去除,因此
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近年来,砷污染频发,危害人类健康,纳米吸附除砷材料的研发成为热点,其中锆基材料无毒、稳定,在砷吸附方面多有报道。相对As(V)而言,As(III)去除难度较大,通常需经氧化后去除,因此,同步氧化吸附除砷技术与材料制备日益受关注。本文制备了一种以四氧化三铁为核,具有光催化活性的氧化银负载和镧铈掺杂氧化锆为壳的复合材料(Fe3O4@Re-ZrO2@Ag2O@ZrO2),可磁分离回收,同时具备良好的吸附及氧化除砷性能。制备过程中,对水热处理温度、水热时间、磁核投加量、镧铈掺杂比、氧化银负载比以及外层锆包覆比例等制备条件进行优化,通过TEM、SEM、VSM、BET、XRD、FT-IR、Zeta电位、XPS等表征手段对制备材料的结构、形态及化学特征进行分析,结合一系列含砷水吸附和催化氧化实验对制备材料的氧化除砷性能进行测试,并在此基础上对制备材料的除砷机理加以探究。实验结果如下:(1)确定实验范围内的最佳制备条件:磁核投加比在8%,150℃条件下水热处理3小时,元素双掺比例La:0.2%、Ce:0.7%,氧化银负载量为10%,外层锆包覆量为10%(相对于内层锆包覆量);在形貌上复合材料为粒径100nm左右的不规则颗粒状,氧化银以2 nm左右的纳米颗粒态负载在材料表面或浅层;结构和性能特征上,材料主要以无定形氧化锆的形式存在,具有良好磁分离性能、比表面积和孔隙结构,磁饱和强度约为10emu/g,比表面积为263m2/g,孔隙度0.156cm3/g,表面具有丰富的羟基基团。(2)在避光条件下,通过一系列动力学吸附、等温吸附和材料表征研究吸附剂除砷性能和机理。结果表明,材料的吸附更加符合准二级动力学模型,主要为化学吸附,粒子内扩散、液膜扩散和吸附剂表面吸附会影响吸附过程;等温吸附过程更符合Langmuir模型,为单分子层吸附,吸附剂表面活性位点位置固定,不会发生吸附质交换;在pH为6和5时分别对As(III)和As(V)吸附最佳,吸附量分别可达到48mg/g和53mg/g,吸附过程中材料表面羟基被取代。(3)光照条件下,对催化氧化/吸附影响因素和机理研究表明,在pH710时,催化氧化效果较好,且随pH上升催化性能提升;在pH=7条件下,初始As(III)浓度为1mg/L、材料投加量300mg/L时,氧化率100%,吸附效率93%,最佳饱和吸附量(总砷)可达43mg/g;共存离子中,PO43-和SO42-对吸附影响较大,酸根离子和Cl-会削弱催化氧化;在催化氧化过程中,Ag2O有形态转变,以Ag2O-Ag形态稳定存在,保证催化氧化持续进行;选用NaOH+EDTA组合液对材料进行再生,30℃条件下再生洗脱5小时,7次再生后催化氧化及吸附效率分别为65%和60%。本篇论文有图44幅,表7个,参考文献116篇。
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