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内分泌干扰物(EDCs)广泛存在于水体中,由于其对人类和动物具有潜在的负面影响,而受到广泛关注。传统水处理工艺对水中EDCs的去除效率较低,而新兴水处理工艺存在运行费用比较高等问题,因此提高传统水处理工艺对EDCs的去除效果具有重要意义。为提高传统水处理工艺对原水中EDCs的去除效果,本研究采用原位烧结法合成适用于水处理用的针簇莫来石,评估了其作为水处理用滤料的性能。以高孔隙率针簇莫来石作为改性滤料的载体材料,通过负载金属氧化物纳米颗粒、十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)或原位生长金属有机框架(MOFs)衍生炭等方法对其进行改性,选用粘土陶粒作为对照,通过批次吸附实验研究改性针簇莫来石对水中典型内分泌干扰物BPA、EE2和重金属Cd(II)的去除效果。通过吸附动力学、等温吸附曲线和吸附热力学对改性针簇莫来石吸附BPA、EE2和Cd(II)的过程进行分析;并借助吸附位点能量分布模型探究了改性针簇莫来石对内分泌干扰物吸附的内在机制。取得的主要研究结果如下:①通过调整配方、矿化剂种类、造孔剂和煅烧温度等因子,成功合成了具有三维立体网状结构的高孔隙率针簇莫来石。其最优合成条件是使用上海高岭土、不使用矿化剂、选择性添加造孔剂、1400 oC不密封煅烧两个小时。合成的针簇莫来石的体积密度、显气孔率、弯曲强度、盐酸可溶率、磨损率和破碎率均能满足水处理用人工陶粒的需求。②通过慢速水解法,成功地在针簇莫来石和粘土陶粒上均匀的负载羟基氧化铁和氧化铁。铁改性后,两种陶粒上的铁含量、比表面积、孔体积和等电点均有所增加。吸附实验结果表明铁改性针簇莫来石对BPA和EE2吸附量增加不明显,而Cd(II)的吸附量随铁含量的增加而显著增加,Cd(II)的等温吸附数据与Langmuir-Freundlich模型拟合效果最好。动力学研究表明,伪二级动力学模型适合描述Cd(II)在针簇莫来石陶粒上的吸附行为。Cd(II)的吸附量随溶液pH值的增加而增加。铁改性有效地提高了两种陶粒滤料对Cd(II)的去除效果,铁改性针簇莫来石可有效去除水中Cd(II)。③为有效去除水中BPA和EE2,合成了锰铁二元金属氧化物改性的针簇莫来石(Mn-Fe-M)。结果表明,针簇莫来石上负载的锰为平均粒径450 nm的水锰矿,锰铁改性后,使针簇莫来石的比表面积、锰含量和累积孔体积都显著增加。针簇莫来石负载铁之后,有利于负载更多的锰,且其对BPA和EE2的去除效率进一步提高。Mn-Fe-M对BPA和EE2的吸附动力学符合颗粒内扩散模型。由该Langmuir-Freundlich模型计算出BPA和EE2最大吸附量分别为5.043 mg/g和3.990 mg/g。热力学研究表明Mn-Fe-M对BPA和EE2的吸附均为吸热反应,Mn-Fe-M对BPA和EE2的吸附量随着pH值的升高而降低。离子强度的增加有利于BPA和EE2的吸附去除,共存阴离子中SO42-对BPA和EE2的吸附有促进作用,而CO32-和PO43-则会抑制BPA和EE2在Mn-Fe-M上的吸附。吸附剂再生实验表明Mn-Fe-M易于再生,可循环使用。针簇莫来石更适合做改性滤料的载体材料,Mn-Fe-M对水中BPA和EE2去除效果较好。④以CTMAB为改性剂,对针簇莫来石进行疏水改性。CTMAB-M接触角越大,其对BPA和EE2的吸附效果越好。CTMAB-M对BPA和EE2的吸附量都随着离子强度的增加而增加。CTMAB-M对BPA和EE2的吸附符合伪二级动力学模型,而CTMAB-C的对二者的吸附更符合颗粒内扩散模型。热力学分析表明低温利于BPA和EE2在CTMAB-M上的吸附。位点能量计算结果表明BPA和EE2在CTMAB上的平均吸附位点能量随温度升高而增大,但吸附位点数量随温度升高大幅减少,CTMAB-M再生实验表明其再生效果较差,使用过程中可能存在改性剂流失,CTMAB-M只适合低温下使用。⑤通过在高孔隙率针簇莫来石上原位生长MOF(Zn/Co-ZIF),并进一步炭化成MOF-M-C。MOF-M-C对BPA和EE2的吸附与伪二级动力学模型相符。等温吸附实验表明,MOF-M-C对BPA的吸附量为14.425 mg/g,对EE2的吸附量为8.919 mg/g,均为本研究中最大值。MOF-M-C对BPA和EE2的吸附量都随温度的升高而增大。溶液pH值对BPA在MOF-M-C的吸附量影响较大,但对EE2的吸附量没有影响。MOF-M-C对BPA和EE2的吸附是焓增熵增的自发过程。BPA和EE2在MOF-M-C上的吸附量均随溶液离子强度的增加而增加。吸附剂再生实验表明MOF-M-C易于再生,可循环使用。⑥通过对改性针簇莫来石吸附BPA和EE2的作用机理、模型参数和能量之间的关系分析,结果表明位点能量分布可得到平均吸附位点能量大小,直观的看到各种吸附作用力的强弱,吸附耦合氧化反应大于氢键、π-π相互作用,都大于疏水作用。研究发现平均吸附位点能量μ(E*)、分离系数(RL)、平均吸附能(E)和1/n值,这些表征吸附能的参数,除与吸附作用力的大小有关外,还受到吸附位点数量的影响,因此,吸附剂的粒径和比表面积会影响表征亲和力和能量的参数。热力学研究中等量吸附热比热力学参数提供更多有价值的信息,各种吸附作用力之间的Qst值差距较明显,可以大致判断吸附是物理吸附还是化学吸附。Qst值还可以看到吸附剂表面是否均匀,及吸附能量分布情况。