【摘 要】
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重金属废水对于环境和人类所造成的危害,已经越来越多地为人们所熟知。由于重金属的毒性和非生物可降解性,对水体重金属的处理已经成为一项迫切的要求。因此,寻找高效便捷的水体重金属处理技术已经成为研究者们重点关注的内容。磁性吸附材料兼具吸附性和磁效应双重特点,成为水处理技术中的热点研究内容之一。本文基于Fe3O4和活性炭的性能研究,采用化学共沉淀法制备磁性颗粒活性炭和改性磁性颗粒活性炭(对颗粒活性炭进行改
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重金属废水对于环境和人类所造成的危害,已经越来越多地为人们所熟知。由于重金属的毒性和非生物可降解性,对水体重金属的处理已经成为一项迫切的要求。因此,寻找高效便捷的水体重金属处理技术已经成为研究者们重点关注的内容。磁性吸附材料兼具吸附性和磁效应双重特点,成为水处理技术中的热点研究内容之一。本文基于Fe3O4和活性炭的性能研究,采用化学共沉淀法制备磁性颗粒活性炭和改性磁性颗粒活性炭(对颗粒活性炭进行改性后再将Fe3O4纳米粒子搭载到改性后的颗粒活性炭表面),选取Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)两种重金属离子为研究对象,研究磁性颗粒活性炭的处理效果。利用磁性颗粒活性炭(GAC-Fe3O4)为吸附剂,探究了GAC-Fe3O4投加量、水样初始p H值、温度和重金属离子初始浓度对处理性能的影响,并对结果进行优化。结合吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学和扫描电镜、傅里叶红外光谱等表征分析了磁性颗粒活性炭对两种重金属离子的吸附作用机制。结果显示:磁性颗粒活性炭对Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)具有较好的吸附效果,相比远高于载体吸附材料颗粒活性炭的处理效果。在GAC-Fe3O4投加量、p H值、温度等多个影响因素中,溶液p H值对吸附效能的影响起决定性作用,溶液p H的变化不仅会影响溶液中Cu(Ⅱ)、Cr(VI)的存在形式,还会影响磁性颗粒活性炭表面官能团的质子化过程,从而对GAC-Fe3O4的吸附效能产生影响。溶液p H值的变化对Cu(Ⅱ)、Cr(VI)的影响趋势不同,当溶液的p H值较低时有利于对Cr(VI)的去除;当溶液的p H值较高时有利于对Cu(Ⅱ)的去除。通过实验确定当p H值分别为6和2、初始重金属离子浓度为5 mg/L、初始温度为25℃、GAC-Fe3O4投加量为2 g/L、振荡转速为200rpm时,对Cu(Ⅱ)和Cr(VI)的吸附效果达到最佳,此时对Cu(Ⅱ)、Cr(VI)的去除率分别为99.78%和96.39%。对GAC-Fe3O4研究机制表明对溶液中Cu(Ⅱ)、Cr(VI)的吸附更符合Langmuir吸附模型;分析吸附热力学参数表明磁性颗粒活性炭对Cu(Ⅱ)、Cr(VI)的吸附均属于自发进行的吸热过程;吸附过程均可以用准二级动力学模型来描述。为了进一步提高磁性颗粒活性炭对溶液中Cu(Ⅱ)、Cr(VI)的去除效果,先通过使用H2SO4-HNO3混酸溶液对颗粒活性炭自身进行酸化改性处理后再进行赋磁。得到的NGAC-Fe3O4对Cu(Ⅱ)、Cr(VI)的吸附能力得到了进一步提升。共存离子对吸附效果的影响探究结果表明:溶液中常见的几种阴、阳离子,对Cu(Ⅱ)和Cr(VI)混合重金属溶液中的Cu(Ⅱ)的去除效果没有太大的影响,而当有一定量的SO42-或HCO3-存在时Cr(VI)的去除率会减少。综上可以看出,磁性颗粒活性炭对水中的Cu(Ⅱ)、Cr(VI)具有较好的去除效果,能够用作含Cu(Ⅱ)、Cr(VI)废水的处理与净化,同时也为含重金属离子废水的处理提供了相应的技术基础。
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