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铊(Thallium,Tl)是一种稀散、毒害金属元素,具有亲石性和亲硫性,常伴生在黄铁矿、铅锌矿等矿物中。随着我国冶炼工业发展,铊污染事件时有发生。国家和广东省相继出台了严格的工业废水铊污染物排放标准。针对含铊污水处理,常见的方法有吸附法、离子交换法、沉淀法、液相萃取法等。其中吸附法具有高效、易操作、对重金属离子有较高的选择性、易分离、可再生利用、吸附材料制备简单等优势而深受研究者的关注。(1)系统研究了铁锰双金属协同次氯酸根氧化吸附去除废水中的铊。(1)采用硼氢化钠一锅还原法制备了3-ZVIMn复合材料(摩尔比为Fe/Mn=3/1),SEM图像显示了与球形颗粒混合的片状和交错的结构,球形颗粒为nZVI,片状纳米板为nZVMn。SAED(选择性区域电子衍射)及HRTEM(透射电子显微镜)的图像表明这种3-ZVIMn材料具有低结晶性质。SEM-EDS元素映射图显示制备材料主要含铁、氧、锰。并且从元素映射结果可以看出3-ZVIMn粒子表面很容易受到氧化,铁/锰氧化物附着在其形貌的壳上,这是在纳米级零价金属材料合成过程中常见的现象。(2)利用制备的3-ZVIMn复合材料协同次氯酸钠除铊,发现处理过程与pH相关,当溶液的pH>7时,该体系能够实现快速除铊。用0.01 mol/L的稀盐酸溶液可使吸附在3-ZVIMn表面的三氧化二铊溶解而洗脱,达到3-ZVIMn再生的目的。测试了其重复利用可能性,在次氯酸根协同下,能够快速、高效的除铊。且考察表明,离子强度和腐殖酸对除铊过程有一定的抑制作用,抑制强度为:Mg2+>Ca2+>Na+,高浓度>低浓度。(3)热力学和动力学研究表明,制备的3-ZVIMn复合材料协同次氯酸钠除铊吸附等温线满足Langmuir模型,理论最大吸附容量为990.0 mg/g。3-ZVIMn在吸附高浓度铊时(300 mg/L)1 h后达到平衡,吸附过程满足拟二级动力学模型。(4)进一步研究了3-ZVIMn除Tl(Ⅰ)机理,采用SEM、HRTEM、EDS、XRD、ESR和XPS等手段对3-ZVIMn材料的原始状态、吸附后和再生样品进行了表征。结果表明3-ZVIMn协同NaClO除Tl(Ⅰ)机理主要分为三部分:(i)NaClO将Tl(Ⅰ)氧化后在材料表面生成Tl2O3沉淀并被3-ZVIMn吸附;(ii)Tl(Ⅰ)与吸附剂的表面羟基络合作用;(iii)Tl(Ⅰ)被带负点的3-ZVIMn(pH=10)静电吸引。(2)系统研究了1-ZVIMn复合材料协同三种氧化剂(H2O2、Na2S2O8、NaClO)除铊机理的探究(1)利用同样的方法制备了1-ZVIMn复合材料(摩尔比为Fe/Mn=1/3),SEM图像分析表明该复合材料具有团聚现象、沟壑多、比表面积大,形状亦为球形的nZVI与片板的nZVMn交错结构的特点。HRTEM分析其为无定形非晶体,SEM-EDS元素映射表明其表面主要是Fe、Mn、O,证明其表面有氧化层。(2)探讨了1-ZVIMn协同三种不同的氧化剂除Tl(Ⅰ)的等温吸附过程,表明1-ZVIMn协同H2O2对Tl(Ⅰ)的吸附更符合Freundlich模型;1-ZVIMn协同Na2S2O8对Tl(Ⅰ)的吸附更符合Langmuir模型;1-ZVIMn协同NaClO对Tl(Ⅰ)的吸附更符合Freundlich模型;三者的最大拟合吸附容量顺序依次为:156.4 mg/g(NaClO/1-ZVIMn)>143.1 mg/g(Na2S2O8/1-ZVIMn)>133.0 mg/g(H2O2/1-ZVIMn)。(3)进一步研究了1-ZVIMn协同氧化剂除Tl(Ⅰ)的机理,采用SEM、HRTEM、EDS、XRD、XPS和ESR等手段对吸附前后的1-ZVIMn复合材料进行表征分析,结果表明1-ZVIM和Tl(Ⅰ)均能刺激H2O2、Na2S2O8和NaClO氧化剂分别产生相应的含氧自由基(HO·、SO4―·、ClO·),进而促进Tl(Ⅰ)氧化成Tl(Ⅲ)的性能,增大1-ZVIMn除Tl(Ⅰ)的效率。