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随着人类工业化进程的迅速发展,水体重金属污染形势日渐加剧,严重危害人体健康。吸附法作为一种高效、便捷且使用范围最为广泛的重金属污染水体处理方法,其重难点在于吸附材料的选择。本文将利用常见的农副产品-稻壳进行不同温度炭化,筛选出对模拟工业废水中镉、铅吸附效果最佳的稻壳炭前驱体,然后通过液相还原-共沉淀法负载磁性Fe3O4,制备一种能够通过外加磁场回收,且能多次循环利用的新型磁性生物炭吸附材料(Fe3O4/BC)。依据Fe3O4/BC吸附模拟工业废水中Cd2+、Pb2+的基础影响因素试验,探明了溶液pH值、接触时间、Fe3O4/BC的添加量、溶液初始浓度以及反应温度对单一重金属吸附体系溶液中Cd2+、Pb2+的吸附效果的影响,同时对整个吸附过程进行吸附动力学和等温热力学的模型分析,结合Fe3O4/BC的(BET)比表面积、(SEM)电镜、(FTIR)红外光谱、以及(XPS)光电子能谱等一系列表征,探究Fe3O4/BC对模拟工业废水中Cd2+、Pb2+的可能吸附机理。同时还对Fe3O4/BC进行了吸附-解吸试验和模拟实际废水小试,讨论了Fe3O4/BC的再生能力和实际应用效果。主要结果如下:(1)不同热解温度的稻壳炭对水溶液中的Cd2+、Pb2+吸附效果较差,去除率随着炭化温度的升高而呈现先上升后下降的趋势;稻壳炭、Fe3O4及Fe3O4/BC对于Cd2+、Pb2+的吸附能力规律趋于一致,吸附能力Fe3O4/BC>稻壳炭,Fe3O4基本无吸附能力;且Fe3O4/BC具备同时处理多种重金属离子的性能,Fe3O4/BC与Pb2+的结合能力要大于Cd2+;混合溶液吸附体系中Cd2+和Pb2+之间存在竞争吸附,吸附选择顺序为Pb24+>Cd2+。(2)性能表征分析表明,Fe3O4/BC的表面附着了许多磁性Fe3O4颗粒,导致其表面形貌凹凸不平;相较于稻壳炭,Fe3O4/BC的比表面积、总孔体积都大大提升,吸附位点增多;稻壳炭负载磁性Fe3O4过程中,表面的还原性基团向羧基或者碳氧双键转化,官能团数目及种类增加,这些官能团通过离子交换、络合等方式与重金属离子结合,提高吸附能力;Fe3O4/BC的磁性准确来源为Fe3O4,其饱和磁化满足从水溶液中利用磁场回收条件。(3)Fe3O4/BC对Cd2+、Pb2+的吸附主要受pH值、溶液初始浓度、材料添加量、接触时间、温度等因素的影响。在Fe3O4/BC添加量为O.1g,溶液体积100mL、绝对温度为303K、接触时间2h、pH(Cd)值为6.0,pH(Pb)值为5.5、含Cd2+、Pb2+废水初始浓度均为100mg/L条件下,Fe304/BC对溶液中Cd2+、Pb2+的比吸附量分别为40.06mg/g、59.43mg/g。且Fe304/BC对Cd2+的吸附速率大于Pb2+,Cd2+达到平衡吸附时间为1h,Pb2+为2h。(4)动力学分析表明,拟二级动力学模型能很好地拟合Fe3O4/BC对Cd2+、Pb2+的吸附过程,R2均大于0.992,吸附过程中Fe3O4/BC与Cd2+、Pb2+之间所产生的离子交换或者价键共享通过化学吸附控制。Elovich动力学模型的良好拟合也在一定程度上说明了Fe3O4/BC的结合位点分布不均。等温吸附研究表明,Langmuir、Temkin及D-R等温模型均能较好的拟合Fe3O4/BC对Cd2+、Pb2+的吸附过程,Langmuir等温模型主要吸附过程为表面单分子层化学吸附,经过计算(303K)Fe3O4/BC对Cd2+、Pb2+的饱和吸附量分别为43.45mg/g、66.83mg/g;Temkin等温模型表明静电作用可能是影响Fe304/BC吸附Cd2+、Pb2+的一个重要机制;D-R模型判别Fe3O4/BC对Cd2+、Pb2+的整个体系属于化学吸附,吸附机制可能存在离子交换。(5)Fe3O4/BC的再生实验表明,硝酸能解吸Fe3O4/BC表面所附着的Cd2+、Pb2+使其再生,且再生Fe3O4/BC对于Cd2+、Pb2+仍有一定的处理能力,经过连续5个吸附-解吸循环,Fe3O4/BC对水溶液中Cd2+、Pb2+的单位吸附量分别为21.80mg/L、31.62mg/L。模拟工业废水小试实验结果表明,Fe3O4/BC是一种吸附性能良好,具备多次回收再生性能的重金属污染废水吸附材料,经过氧化钙的初步处理,Fe3O4/BC能较为快速的吸附工业废水中的重金属污染物,去除效果均高达97%以上,均达到国家污水排放标准限值(GB8978-2017)之内。