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水体砷污染是许多国家面临的亟待解决的难题,同时砷标准也日趋严格。而磷污染已成为水体最严重的污染问题之一。目前,吸附技术是处理含砷和磷的废水的常见方法,经济高效的吸附剂是保障处理效果的关键。铁氧化物价格低廉且对砷和磷有较好吸附性能,但常以粉末态存在不易固液分离。而竹炭具有较大的比表面积但对砷的吸附性能较差。本研究的目的就是将两者的优点结合起来,对竹炭进行载铁改性以制备稳定、能高效去除砷和磷并且易固液分离吸附剂,并对吸附剂除砷和磷性能及机理进行了讨论,取得以下主要研究成果:
1.采用铁盐改性处理,制备了一系列的载铁改性竹炭。通过比较分析,选择KMnO4预氧化后FeSO4溶液浸泡法、100℃蒸发法、FeSO4溶液浸泡法和FeCl3溶液浸泡法制备的改性竹炭做进一步的研究。
2.运用现代分析检测手段(XRD、SEM、BET等)对以上四种改性竹炭进行了物相表征与理化性能测试。改性后的竹炭基本保持了原始竹炭的多孔结构,但是比表面积和总孔容有不同程度的减小。负载的铁的稳定性和形态与改性方法有关,多以对砷吸附容量高的无定形态存在。改性后,竹炭的零电荷点有所降低。
3.开展了改性竹炭除砷和磷静态吸附试验研究,详细考察了各种影响因素,吸附时间、投加吸附剂量、吸附质初始浓度、pH值和共存物质对吸附除砷和磷效果的影响。改性竹炭对水中砷、磷阴离子具有较为良好的吸附效能,对As(Ⅲ)、As(Ⅴ)和磷的最大平衡吸附容量分别达到36.449、7.237和18.553mg/g。吸附作用依赖pH,共存的离子会影响砷和磷的吸附,但影响的大小与性质和改性竹炭种类有关。离子强度轻微的促进As(Ⅴ)的吸附,但抑制了As(Ⅲ)的吸附,说明了砷酸盐和亚砷酸盐与吸附剂表而的活性基团分别可能形成了内层络合物和外层络合物。改性竹炭对砷和磷的吸附过程先快后慢,符合准二级动力学方程。吸附过程由颗粒内扩散和膜扩散联合控制的。改性竹炭对砷的吸附与Freundlich方程较吻合。通过KMnO4预氧化后FeSO4溶液浸泡法制备的改性竹炭对磷的吸附符合Langmuir等温线模型,而另外三种材料符合Freundlich方程。0.1M的NaOH溶液能有效的从改性竹炭上脱附磷。三次解吸-吸附过程中,改性竹炭吸附磷的容量随着再生次数的增加而逐渐降低。
4.运用相同的改性方法对煤质、木质和椰壳活性炭进行改性,并考察改性活性炭的砷吸附性能。与活性炭相比,竹炭也是一种制备复合除砷吸附剂的良好载体,但是其载铁不如改性活性炭分散均匀。
5.研究了KMnO4预氧化后FeSO4溶液浸泡改性法中各改性条件对改性竹炭含铁量和砷与磷吸附性能的影响,确定最佳改性条件。