生物质炭基复合材料的制备及对重金属污染物的去除研究

来源 :齐鲁工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:bangxiaosg
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随着工业化的快速发展,电镀、冶金和皮革等产业会产生大量的含有如铬、铜、镉和镍等重金属废水,对水环境造成严重破坏。铬是对人体危害最大的有毒重金属之一。铬在自然界中主要以Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)两种形式存在。Cr(Ⅵ)的生态毒理效应远大于Cr(Ⅲ),可引起肺癌、皮肤炎等疾病。因此,采取有效措施降低废水中Cr(Ⅵ)的含量对保护公众健康和环境具有重要意义。传统生物质炭可被用于废水中重金属离子的去除,但由于其吸附性能有限,通常用化学改性法提高其吸附性能。本研究以农林废弃生物质为原料通过高温煅烧制备多孔炭材料,利用铝/锰氧化物对多孔炭材料进行改性,探究Al/Mn改性生物质炭复合材料对废水中Cr(Ⅵ)的去除机制。内容如下:(1)以玉米秸秆为原材料,通过KOH改性制备的多孔炭材料的比表面积为2131.18 m2 g-1,微孔表面积和微孔体积的占比分别为91.93%和80.43%。形成机理为:炭化过程中产生的CO、等气体的溢出在材料表面产生了孔道。多孔炭材料表面含有丰富的含氧官能团,如羧基、醚基和羟基等,这有助于其通过离子交换、还原反应和络合反应等去除废水中的Cr(Ⅵ)。25°C下,多孔炭材料对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量为175.44 mg g-1,且其在循环使用四次后Cr(Ⅵ)的去除率仍然达到52.39%,具有较好的循环使用性能。多孔炭材料对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,表明Cr(Ⅵ)的去除主要是基于单分子层的化学吸附。铬镍和铬铜共存离子废水中Cr(Ⅵ)的去除率分别为99.81%和99.72%,均高于单一的Cr(Ⅵ)废水,表明多孔炭材料对共存离子废水中的Cr(Ⅵ)具有较高的吸附选择性。电镀车间装饰性镀铬废水中Cr(Ⅵ)的去除率可达97.90%,说明多孔炭材料可应用于装饰性镀铬废水处理中。较好的循环使用性能和较高的吸附选择性,表明多孔炭材料在含铬废水处理中具有广泛的应用前景。(2)以梧桐落叶为原材料制备生物质炭(简写:BC),通过改性制备改性生物质炭(简写:KBC),进一步用铝/锰氧化物对KBC进行改性制备Al/Mn改性生物质炭复合材料(简写:AMKBC)。X射线光电子能谱、扫描电子显微镜及能谱仪等分析显示,铝/锰氧化物可有效的嵌入到改性生物质炭的表面或孔隙中,主要以三氧化二铝和一氧化锰的形式存在。在特定吸附条件下,当金属氧化物与改性生物质炭质量比为3/4时,Al/Mn改性生物质炭复合材料(简写:AMKBC3/4)对Cr(Ⅵ)的吸附量达到最大值56.87 mg g-1,高于其他制备条件下的复合材料以及BC(10.76 mg g-1)和KBC(39.82 mg g-1)。氮气吸脱附测试结果显示,的总比表面积和总孔体积分别为1173.36 m2 g-1和0.54 cm3 g-1,分别是BC的15.25倍和8.87倍,并且微孔表面积和微孔体积的百分比分别达到93.97%和83.92%,明显高于BC。25°C下,Cr(Ⅵ)的饱和吸附量为152.86 mg g-1。Al/Mn改性生物质炭复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,说明Cr(Ⅵ)的去除主要是基于单分子层的化学吸附,伴随着还原反应、孔道截留等其他机制。Al/Mn改性生物质炭复合材料的制备为重金属废水的处理提供了一种新型吸附剂,具有较大的应用前景。
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