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据报道,我国每年排放6-7亿吨的印染废水,已对生态环境和人类健康构成了严重的威胁。因此,开发新材料或新技术,用以高效、简便、低成本地处理印染废水,是科研工作者普遍关注的研究热点之一。吸附法因其独特的优势一直是印染废水处理的一个重要的方法。以吸附法处理印染废水,多采用碳材料作为吸附剂。获得性能更高、价格更低、易重复使用的多孔碳吸附剂一直是人们孜孜以求的目标。相关材料的制备和性能研究具有重要的意义和广阔的应用前景。近年来,藜麦作为一种营养丰富的高端食材受到了人们的追捧,种植面积日益扩大。随之而来,藜麦秸秆(Quinoa straw,缩写为QS)已成为不容忽视的农业废弃物和亟待开发利用的生物质资源。本论文以藜麦秸秆为碳源,以腐蚀性相对较小的氢氧化钠(Na OH)为活化剂,通过炭化-活化法制备了藜麦秸秆基多孔碳材料(Quinoa straw-based porous carbon,缩写为QSPC),研究了活化条件对多孔碳的性质和性能的影响;以多孔碳为吸附剂,研究了其对代表性染料罗丹明B的吸附行为,分析了其吸附热力学和动力学特性,初步探讨了吸附机理;为了实现吸附剂的快速回收,在碳材料上引入了四氧化三铁磁性纳米颗粒,获得了具有磁性的复合材料(Fe3O4@QSPC)。具体情况如下:(1)在多孔碳的制备方面,炭化和活化条件(时间、温度和碱碳比)对产品的多孔性和染料的吸附性能具有决定性的影响。实验表明,以藜麦秸秆为碳源,当炭化温度为500℃,炭化时间为60分钟,活化温度为700℃,活化时间为60分钟,碱碳比(氢氧化钠∶碳)为4:1时,产品表现出最大的比表面积(3435.21 m2·g-1)和最高的染料吸附量(1887 mg·g-1)。(2)利用X-射线粉末衍射测试(XRD)、傅里叶红外光谱测试(FT-IR)、拉曼光谱测试(Raman)、Zeta电位测试、氮气吸附/脱附等温线测试(N2 adsorption/desorption)、扫描电子显微镜测试(SEM)、透射电子显微镜测试(TEM)以及X-射线光电子能谱测试(XPS)对藜麦秸秆基多孔碳材料进行了表征。结果表明,多孔碳主要由碳元素和氧元素组成,表面有大量的含碳、氧的官能团;多孔碳具有较大的比表面积(3435.21 m2·g-1);藜麦秸秆基多孔碳的Zeta电位随p H而变化,随着p H的增大,Zeta电位迅速将为负值。此外,在多孔碳表面可以引入四氧化三铁纳米颗粒,从而获得磁性复合材料。(3)以罗丹明B为代表性染料,研究了多孔碳材料对水相中罗丹明B的吸附动力学和吸附热力学特性。吸附动力学研究表明,多孔碳对罗丹明B的吸附符合拟二级动力学模型(R2>0.99)。吸附热力学研究表明,多孔碳对罗丹明B的吸附与Langmuir等温线吻合度较高(R2>0.99),说明多孔碳对罗丹明B的吸附主要是单分子吸附,吸附机理可归结为分子间作用力、孔隙填充、π-π键相互作用、氢键相互作用和静电吸引力。(4)复合了磁性颗粒的Fe3O4@QSPC在水中分散后,可利用磁铁实现快速回收,在1分钟内回收率可达90%。其被用做吸附剂时,也表现出较好的重复使用性,经过5次循环使用后,仍可保持97%的染料去除率。