【摘 要】
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工业的快速发展使得含重金属废水不断被排放到环境中,导致重金属污染成为世界性环境问题,特别是在发展中国家。砷可以被人体和动物吸收,造成潜在的破坏性影响。因此,我们亟需高效又环保的砷吸附剂用于妥善的处理砷污水。本文首先以废弃葱皮为生物质,用氯化铁对葱皮进行预处理,而后马弗炉高温热解,制备出磁性生物炭复合材料(Fe-BC)。FTIR图谱和SEM表明Fe-BC复合材料制备成功;XRD图谱可以看出生成了 F
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工业的快速发展使得含重金属废水不断被排放到环境中,导致重金属污染成为世界性环境问题,特别是在发展中国家。砷可以被人体和动物吸收,造成潜在的破坏性影响。因此,我们亟需高效又环保的砷吸附剂用于妥善的处理砷污水。本文首先以废弃葱皮为生物质,用氯化铁对葱皮进行预处理,而后马弗炉高温热解,制备出磁性生物炭复合材料(Fe-BC)。FTIR图谱和SEM表明Fe-BC复合材料制备成功;XRD图谱可以看出生成了 Fe3O4和Fe203晶体;VSM测试表明材料具有良好的磁分离性能。批吸附实验数据表明,在溶液的pH为6,吸附剂用量为2 mg/mL的条件下,Fe-BC在200 min内对水体中As(Ⅲ)的吸附基本达到动态平衡,且其抗离子干扰能力强(除了高浓度的PO43-)。此外,对Fe-BC的吸附动力学进行研究,发现准二级动力学模型对Fe-BC的吸附行为拟合得更好,即Fe-BC主要是通过与污水中的砷离子发生化学反应,从而去除水体中的As(Ⅲ)。同时Fe-BC采用Langmuir吸附等温模型拟合出的最大吸附容量为37.24 mg/g。上述研究发现,材料表面的铁氧化物团聚现象严重。为了改善吸附材料的形貌,采用溶剂热法制备粒径均一,结构规整的纳米Fe3O4粒子。同时为了解决Fe3O4的分散度的问题,首先热解葱皮制备生物炭,然后采用溶剂热法,成功地将Fe3O4均匀负载在生物炭的表面上,制备出能够实现磁分离的磁性生物炭复合材料(Fe3O4/BC)。此外还探究了生物炭酸碱处理对复合材料物理化学性能和吸附性能的影响。FTIR和XRD表明复合材料制备成功;TEM表明Fe3O4均匀地负载在生物炭表面;VSM测试证明复合材料具有磁性,能够使用磁分离方法回收。批吸附实验数据表明,在溶液的pH为6,吸附剂用量为2 mg/mL的条件下,Fe3O4/BC在30 min内对水体中As(Ⅲ)的吸附基本达到动态平衡,且抗离子干扰能力强(除了高浓度的PO43-),循环再生性能好。此外,对Fe3O4/BC的吸附动力学进行研究,发现准二级动力学模型对Fe3O4/BC的吸附行为拟合得更好,即Fe3O4/BC主要是通过与污水中的砷离子发生化学反应,从而去除水体中的As(Ⅲ)。同时Fe3O4/BC采用Langmuir吸附等温模型拟合出的最大吸附容量为39.47 mg/g。上述研究发现,葱皮基生物炭作为基体材料可有效提高Fe3O4的分散度,且Fe3O4/BC吸附材料具有很强的磁性,使用后可以通过磁分离的方法回收,防止二次污染。然而,Fe3O4/BC是由溶剂热法制备而成,对设备要求较高,工艺比较复杂,同时Fe3O4/BC的最大吸附容量值(39.47 mg/g)偏低。已有报道称,水合氧化铁(HFO)具有较高的砷吸附效率,且制备方法简单。为获得吸附性能更好、价格低廉的砷吸附剂,以生物炭(BC)为基体材料,采用原位生长法,通过调整铁盐和生物炭的质量比制备出类珊瑚状水合氧化铁生物炭复合除砷剂(BC/HFO)。批吸附实验数据表明,在溶液的pH为5-9,吸附剂用量为1 mg/mL的条件下,BC/HFO在100 min内对水体中As(Ⅲ)的吸附基本达到动态平衡,且抗离子干扰能力强(除了高浓度的PO43O,循环再生性能好。对BC/HFO的吸附动力学进行研究,发现准二级动力学模型对BC/HFO的吸附行为拟合得更好,即BC/HFO主要是通过与污水中的砷离子发生化学反应,从而去除水体中的As(Ⅲ)。同时BC/HFO采用Langmuir吸附等温模型拟合出的最大吸附容量为104.55 mg/g。这些结果表明,BC/HFO不但成本低、制备方法简单、再生性能好,而且在大范围的pH内均具有良好的吸附性能,在除砷污水方面具有较大的应用前景。
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