【摘 要】
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农林生物质因其具有来源广泛、取材便利、富含官能团、易于改性、环境友好等优点而被广泛的应用于水体修复。砷是造成水体污染的有害物质之一,会对人体健康构成巨大威胁,因此,利用农林生物质开发一种经济、环保、高效的除砷吸附剂具有重要的现实意义。本文以三种农林生物质为原料,FeOOH为前驱体制备三种不同的生物质复合材料,并探究这三种材料在不同因素的影响下对水溶液中砷的吸附效果。具体的研究方法和结果如下:(1)
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农林生物质因其具有来源广泛、取材便利、富含官能团、易于改性、环境友好等优点而被广泛的应用于水体修复。砷是造成水体污染的有害物质之一,会对人体健康构成巨大威胁,因此,利用农林生物质开发一种经济、环保、高效的除砷吸附剂具有重要的现实意义。本文以三种农林生物质为原料,FeOOH为前驱体制备三种不同的生物质复合材料,并探究这三种材料在不同因素的影响下对水溶液中砷的吸附效果。具体的研究方法和结果如下:(1)利用废弃茭白壳,采用碱处理和脱色法制备茭白纤维素(WBC),将其作为基底,通过简单的水热法,在其表面构筑羟基氧化铁和氧化铜以增加吸附可能性,通过SEM、XRD、FTIR和XPS等测试对材料进行表征,结果表明FeOOH/CuO@WBC成功制备且羟基氧化铁在茭白纤维上呈阵列棒状结构。此外,还研究pH、干扰离子、温度、时间等因素对吸附量的影响,结果显示:在偏酸性条件下吸附效果较好、磷酸根对吸附过程的干扰程度相对较大、30°C下最大吸附量可达49.4mg/g。根据XPS、FTIR和拟合动力学模型后的相关系数(R2)提出吸附过程中可能存在的机理为物理和化学协同吸附。本工作合成的Fe OOH/CuO@WBC基于“以废治废”的理念,能有效去除水溶液中的砷,为后续利用农林生物质进行除砷研究提供有益思路。(2)为了能够增强金属纳米粒子的反应活性,提高吸附量,参考上述的阵列羟基氧化铁的制备方法,以其作为前驱体,通过氢气还原成NZVI,制备一种新型NZVI@SiO2@棉纤维复合材料(FSC)。SEM和TEM测试表明,直径为50~80nm的棒状NZVI均匀分布在棉纤维表面,涂层二氧化硅形成10~20nm的透明壳层,能有效防止NZVI在表面氧化。此外,从浓度、p H值、干扰离子和温度等方面考察FSC的最佳吸附条件。结果表明,制备的材料在初始浓度为300mg/L,pH为2.8~4的条件下对砷的最大吸附能力可达65mg/g左右。本工作充分利用各组分的协同效应,即NZVI起主导作用、硅作为保护层、棉纤维作为衬底固定纳米粒子,实现FSC对砷的最佳吸附。(3)为了减少危化品的使用、简化实验操作过程,以废弃稻壳为原料,通过一步水热法和煅烧法将双金属氧化物负载在稻壳生物炭上。采用SEM、XPS、FTIR、XRD技术对复合材料合成的各个阶段进行表征,探究材料制备过程中形貌、晶相、化学元素的变化,结果表明MFA/RB复合材料的成功制备。通过对不同pH值、反应时间、初始浓度、干扰离子等因素的研究,进一步探讨吸附剂对低浓度砷溶液的吸附效果,并将实验数据拟合吸附等温线和动力学模型,结果更符合Ferundlich模型和准一级动力学模型,这表明吸附过程发生在非均质层且以物理吸附为主。回收再生实验显示利用磁体回收合成材料的时间仅需10s,在极低污染物浓度下,第一次砷去除率可达75%,经过五次洗脱再生,去除率仍然在30%以上,实现对合成材料的简单回收和再利用过程。
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