改性生物质炭负载铁絮体对矿山废水中典型重金属吸附机理研究

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本研究以来源广泛、成本低廉的水稻秸秆以及处理矿山废水产生的铁絮体作为原材料,将二者通过化学改性的方式结合在一起,使铁絮体负载在生物炭上,通过利用化学改性-紫外辐射联用的手段制备了两种改性生物质吸附材料(A、B),利用SEM、FTIR、BET、ZETA等不同表征手段对二者进行了相应的表征分析,研究了改性材料对4种元素(Pb、Zn、Sb、As)的吸附性能并对吸附机理进行了探讨。为矿山废水中重金属防控及修复提供环境相容性较好的吸附剂,并使得产生的铁絮体得到资源化回收利用,通过研究其吸附机理,为开发出更多矿山废水中重金属吸附材料提供一定的理论指导,主要研究结果有:1、以铁絮体和水稻秸秆为基体,通过化学改性-紫外辐射的方式制备了改性材料A,并利用正交试验对制备材料的工艺参数进行了筛选。筛选出的最佳制备条件为:CS2用量1m L、Zn SO4·7H2O用量为2m L、Na OH用量为8m L。在材料A的基础上进一步优化完善了材料的制备过程,利用同样的原料制备了一种具有磁性的改性材料B。制备过程为:HCL和Na OH都按液固比10:1(m L:g)进行酸碱改性,然后用2 mol·L-1的Na OH溶液按液固比10:1(m L:g)与生物炭混合于250m L锥形瓶中,搅拌90min,水洗烘干后按照Fe(III):Fe(II)约为2:1的比例与盐酸和改性材料结合,加入10%Mg Cl2的溶液3m L,用Na OH溶液调节体系p H8,超声搅拌1h,并用紫外线辐射2h,分离清洗至上清液中性,烘干制得最终磁性材料B。2、材料A对Pb(II)的吸附量随着p H的升高逐渐上升,并在p H7的条件下吸附效果最佳,其对Pb(II)的最大实际吸附量为247.3mg·L-1,Langmuir方程和二级动力学方程可以很好地描述这个过程,材料A的吸附属于单分子化学吸附,通过络合和螯合作用与Pb(II)结合。材料A比表面积提升明显,表面新增了许多含氧官能团,黄原酸酯基和铁氧基成功的负载到了材料上。3、材料B对Pb、Zn、Sb、As四种元素的吸附量相比未改性具有明显提升,其实际吸附量分别为292.2 mg·g-1、103.67 mg·g-1、5.21 mg·g-1和6.85 mg·g-1。在混合体系中,Pb(II)浓度升高会严重抑制材料对Zn(II)的吸附,Pb(II)相对于Zn(II)具有更强的结合力;As相对于Sb具有更好的竞争优势,能够更迅速的与材料B反应结合。再生实验表明材料B对于Pb(II)、Zn(II)的有效再生能力要明显强于Sb和AS,前者有效再生次数3次,后者只有1~2次,并且低浓度条件下,材料B对Pb(II)、Zn(II)具有较好的固定作用,这为以后处理铅锌冶炼以及其他工业生产排放的含铅、锌废水的治理提供一定的理论支持。
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