【摘 要】
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随着氧化铜纳米材料使用日益频繁,其被释放入水环境中并与其他污染物质（如重金属）共存的现象不可避免。由于纳米颗粒独特理化性质,其可能会对水体重金属污染修复造成影响,然而目前有关这方面的研究鲜有报道。为此,本论文系统探究了氧化铜纳米颗粒（CuO NPs）于水环境中的聚集、溶解和对重金属镉离子(Cd2+)的吸附行为,并在此基础上进一步研究了CuO NPs对三种不同生物炭（分别为猪骨炭、竹炭、玉米秸秆炭）
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随着氧化铜纳米材料使用日益频繁,其被释放入水环境中并与其他污染物质（如重金属）共存的现象不可避免。由于纳米颗粒独特理化性质,其可能会对水体重金属污染修复造成影响,然而目前有关这方面的研究鲜有报道。为此,本论文系统探究了氧化铜纳米颗粒（CuO NPs）于水环境中的聚集、溶解和对重金属镉离子(Cd2+)的吸附行为,并在此基础上进一步研究了CuO NPs对三种不同生物炭（分别为猪骨炭、竹炭、玉米秸秆炭）去除水体中Cd2+的影响及机制。此外,为进一步指导生物炭修复含CuO NPs水体中Cd的污染,本论文进行了吸附参数优化,主要研究结果如下:（1）在仅含CuO NPs（10 mg/L）和HA（10 mg/L）（即CuO NPs+HA）的二元体系中,HA显著抑制了CuO NPs的聚集,且显著促进了CuO NPs溶解。在二元体系CuO NPs+Cd2+（10 mg/L）中,当p H为5和7时,Cd2+显著促进了CuO NPs聚集,且在p H为5时Cd2+显著促进了CuO NPs的溶解。在含CuO NPs、Cd2+与HA(即CuO NPs+Cd2++HA)的三元体系中,CuO NPs的溶解程度在p H5、7、9条件下均显著低于CuO NPs+HA二元体系中CuO NPs的溶解程度。在p H5-9范围内,CuO NPs对水相中Cd2+的去除率随着p H的升高而增加;当p H为7和9时,HA显著促进了CuO NPs对水相中Cd2+的去除率,但在p H为5的情况下,HA未显著影响CuO NPs对水相中Cd2+的去除率。（2）分别以猪骨、玉米秸秆和毛竹为原料制备了三种生物炭（分别表示为ABC、SBC、BBC）,其产率、灰分、零点电位、比表面积都呈现出ABC＞SBC＞BBC的规律,三种生物炭对Cd2+的吸附结果均符合准二级动力学模型,其中ABC对Cd2+的吸附性能最强。进一步分析了CuO NPs对三种生物炭去除Cd2+的影响和机制。当p H为5和7时,CuO NPs显著抑制了ABC和SBC对水相中Cd2+的去除率。通过FT-IR和XPS分析发现,添加CuO NPs后,CuO NPs和其释放的Cu2+会附着在ABC上,进而降低ABC对Cd2+的吸附。向CuO NPs+Cd2+体系中添加HA,三种生物炭对Cd2+去除率相较于没有添加HA均表现出显著增加。此外,二价阳离子(Ca2+和Mg2+)显著抑制了ABC对含CuO NPs水体中Cd2+的去除率,而一价阳离子（Na+和K+）则显著促进了ABC对含CuO NPs水体中Cd2+的去除率。（3）选取了三种生物炭中对Cd2+吸附性能最好的ABC作为修复材料,在单因素实验的基础上利用响应面法优化了ABC对含CuO NPs水体中Cd2+的去除条件。结果表明,Box-Behnken Design（BBD）模型参数R~2大于0.99,能较好拟合实测数据。在投加量（0.5-2.5 g/L）、p H（5-7）和接触时间（60-120 min）三种因素中投加量是影响Cd2+去除率的主要因素。当Cd2+初始浓度为10 mg/L,BBD模型得出Cd2+的最佳去除条件为:ABC投加量为1.80 g/L、接触时间为98 min和溶液p H值为7,相应的Cd2+去除率实测值为91.82%。
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