功能化炭質(zhì)材料的制備及其對Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的去除研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、炭質(zhì)材料因具有比表面積大、多孔性、熱穩(wěn)定性好、機械強度高等優(yōu)點被廣泛用于污染物的去除研究。本文將AC、MWCNTs和PCM三種典型炭質(zhì)材料作為研究對象,對其進行表面功能化改性,引入功能基團-NH2,制備出三種氨基功能化復合材料,并用于廢水中Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)等重金屬離子的吸附。對復合材料的理化性質(zhì)進行了表征,考察了反應時間、氨基負載量、污染物初始濃度、溶液pH和共存物質(zhì)等對吸附效果的影響。
  氨基功能化之后的AC@SiO2-

2、NH2、 MWCNTs@SiO2-NH2和PCM@SiO2-NH2三種復合材料對Pb(Ⅱ)均具有較好的吸附性能,最大吸附容量分別為135.1、147.1和138.9 mg·g-1;三種氨基功能化炭質(zhì)復合材料對Pb(Ⅱ)的吸附符合Langmuir模型,整個吸附過程以炭質(zhì)體系表面發(fā)生單分子層吸附為主,且在pH=5時其吸附效果最佳,水中常見的競爭性陽離子K+、Na+、Mg2+和有機物SA、HA對三種復合材料去除Pb(Ⅱ)的影響較小。
 

3、 在此基礎(chǔ)上,本文選取活性炭和生物質(zhì)炭為主要研究對象展開了兩方面研究:(1)將活性炭作為炭質(zhì)材料,采用共沉淀—溶膠凝膠法制備了新型吸附材料AC/Fe3O4@SiO2-NH2,用于水中Pb(Ⅱ)的吸附去除,重點探究mAC/mFe3O4質(zhì)量比、反應時間、溶液pH、溫度、Pb(Ⅱ)初始濃度、共存干擾物質(zhì)等對復合材料吸附性能的影響,并通過TEM、SEM、Maping、FTIR、BET、XRD、Zeta電位、XPS等手段對氨基改性磁性活性炭的理化

4、性質(zhì)進行表征分析,探究其對Pb(Ⅱ)的吸附機理;(2)以病死豬熱解炭化物為原料,引入螯合性能較好的官能團-NH2來吸附去除廢水中微量絡合態(tài)Cu(Ⅱ),采用SEM、EDX、Maping、FTIR、TGA、XPS等技術(shù)對氨基功能化豬熱解炭化物進行表征,考察材料投加量、反應初始濃度、反應溫度、反應時間、競爭性離子等因素對材料去除效果的影響,研究其去除機制,為炭化物進一步資源化利用提供理論基礎(chǔ)。實驗結(jié)果表明:
  當mAC∶ mFe3O4

5、=1∶0.25時AC/Fe3O4@SiO2-NH2的比表面積為48.9 m2·g-1,對Pb(Ⅱ)的去除效果最佳,在20 h可達吸附平衡,在pH≈5.2環(huán)境下吸附效果最佳,最大吸附容量可達104.2 mg·g-1,Langmuir模型能較好地描述Pb(Ⅱ)在AC/Fe3O4@SiO2-NH2上的吸附行為,AC/Fe3O4@SiO2-NH2對不同初始濃度重金屬離子的吸附效果為Pb(Ⅱ)>Ni(Ⅱ)>Cu(Ⅱ)>Cd(Ⅱ)。熱力學研究表明隨

6、著溫度從293上升至333 K,△G0從-1.6下降至-3.1 kJ·mol-1,吸附過程為自發(fā)吸熱反應。FTIR和XPS分析表明AC/Fe3O4@SiO2-NH2與Pb(Ⅱ)之間的吸附機理主要是由于氨基的存在。
  與PCM相比,PCM@SiO2-NH2對水體中微量Cu(Ⅱ)-Cit和Cu(Ⅱ)-NH3展現(xiàn)了更好的去除能力,克服了一般吸附劑對絡合態(tài)重金屬離子很難吸附的缺點。吸附材料具有較大的比表面積(62.2 m2·g-1),對

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