壳聚糖/磁性生物炭的制备及其吸附性能研究

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生物炭(biochar)是生物质在无氧或者氧气含量很低的条件下热解生成的一类富含炭、高度芳香化的固态物质。由于原料来源广泛、制备方法简单,对污染物的去除效果明显,受到了广泛的关注。本论文从制备壳聚糖/磁性生物炭(CMLB)吸附剂出发,以重金属Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的去除为应用目标,采用XRD、FTIR、SEM、BET、XPS等手段进行CMLB的表征分析,同时探究初始pH、反应时间、浓度、温度对CMLB吸附过程的影响,揭示CMLB吸附重金属的机理。本研究制备得到壳聚糖/磁性生物炭吸附剂,表征结果表明,CMLB材料中包含γ-Fe2O3纳米颗粒,颗粒尺寸均匀,大小一致;壳聚糖负载在磁性生物炭(MLB)后,表面官能团的种类有所增加,比表面积为104.91 m2/g(40wt%-CMLB),随着壳聚糖负载率的增加,CMLB的比表面积和孔体积逐渐减小。CMLB吸附重金属实验结果表明,40wt%-CMLB对Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的吸附容量高于其他负载比例,分别为32.4 mg/g和54.68 mg/g;溶液pH对吸附影响较大,为了确保被完全吸附,CMLB对Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的吸附体系分别在3.0±0.1和5.8±0.1下进行。CMLB对Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的吸附模型更符合准二级动力学模型,拟合吸附量更接近于平衡吸附量;Freundlich吸附模型更适合描述CMLB吸附Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的吸附过程。通过磁性分析和磁分离实验结果表明,CMLB饱和磁化强度是16.5 emu/g,在外加磁场的条件下,可以迅速将CMLB材料从水相中分离出来;壳聚糖/磁性生物炭第3次解吸-吸附循环后,CMLB对Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的吸附容量分别为23.34 mg/g和42.6 mg/g。CMLB对Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)吸附机理主要包括:(1)物理吸附&沉淀,CMLB表面的多孔结构吸附Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ);(2)络合沉淀,CMLB表面的含氧官能团与重金属Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)形成配合物;(3)离子交换,CMLB表面的金属离子与重金属Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)发生离子交换。
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