磁性生物质基炭的制备及其吸附特性的研究

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本文在实验室环境中利用微波法将生物质材料与磁性材料复合,成功的合成了磁性碳微球、磁性稻草秸秆生物炭、磁性花生壳生物炭以及EDTA修饰的钴铁氧体碳微球等四种材料,并通过吸附试验探究了其吸附性能,优化了环境影响因素,解释了其吸附机理等。  本研究主要内容包括:⑴将碳微球和四氧化三铁在微波的条件下通过包覆作用成功制备了磁性碳微球(Fe3O4@C),并将其用于处理孔雀石绿(MG)以研究其吸附特性,结果表明磁性碳微球表面为光滑碳材料微球,内部包裹有纳米级别四氧化三铁粒子,最优条件为pH=8,温度为30℃;并且吸附过程数据拟合Langmuir等温模型,为单层吸附过程;动力学过程遵循准二级动力学模型。⑵利用微波辐照技术,以稻草秸秆为碳源,FeCl3为赋磁剂,在无需还原剂的条件下制备了一种磁性碳材料—磁性生物炭(MBC),并将其用于研究对有机染料孔雀石绿吸附性能。采用 SEM、FTIR技术对吸附剂进行了表征,并且分析了初始pH值、温度、吸附时间等条件对孔雀石绿吸附特性的影响。结果表明,MBC对孔雀石绿的吸附符合 Langmuir等温模型和准二级动力学吸附方程;用微波再生法对MBC再生,重复5次的再生后,MBC对孔雀石绿的吸附量为原始吸附量的70%,表现了良好的再生能力。制备的磁性生物炭所需的炭源充足、易得且可重复使用,对去除以孔雀石绿为代表的三苯甲烷类染料有较好的应用前景。⑶制备、表征了磁性花生壳生物炭(MPC)和EDTA修饰的钴铁氧体碳微球(EDTA-CoFe2O4@C),并比较研究了两者吸附去除铅离子的能力。根据 SEM形貌分析,MPC与之前合成的磁性稻草秸秆生物炭有相似的形貌,EDTA-CoFe2O4@C具有与Fe3O4@C相似的球状结构,能为铅离子的吸附提供大量的活性位点。实验结果证明,较高的pH,较低的温度有益吸附的进行,EDTA-CoFe2O4@C的平衡吸附时间为100min,而MBC的平衡吸附时间为60min,在pH为6,温度为20℃时对铅离子的最大吸附量分别为18.85和9.83mg/g。两种磁性材料的吸附性能均很好的符合Langmuir等温模型以及准二级动力学速率方程。
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