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重金属和抗生素是水体的重要污染源,严重威胁着饮用水安全及人类健康,其废水处理技术已经成为水污染防治的热点课题。活性炭吸附法是处理重金属污水和抗生素废水的有效方法,但采用煤炭或木材等作为原料制备的活性炭具有成本高、重金属和抗生素吸附量较低的缺点,阻碍了它的广泛应用。探求廉价高效的活性炭的制备前驱体材料是近年来的热点问题。香蒲是一种挺水植物,由于其对环境条件适应性强,繁殖速度快,生物量较大,常作为核心植物用于人工湿地废水处理生态系统的建设。每年秋冬季会产生大量的香蒲秸秆废弃物,处理不当将导致巨大的资源浪费并形成二次污染问题。香蒲秸秆富含木质纤维素且其维管束结构有利于制备高孔隙度活性炭。利用废弃香蒲秸秆制备活性炭并用于水体中污染物的吸附,不仅能够治理水污染,还能实现植物秸秆废弃物的资源化利用,降低活性炭制备成本。本研究以香蒲的秸秆废弃物为原料,采用磷酸活化法及原位改性法制备高吸附性能香蒲活性炭,实现香蒲秸秆废弃物的资源化利用并降低活性炭成本。在常规加热方法下,优化香蒲活性炭磷酸活化法的制备工艺参数,以制备应用于含重金属和抗生素废水处理的高吸附性能香蒲活性炭。随后提出了 Na2EDTA和EDTAFeNa原位改性磷酸活化法制备改性香蒲活性炭,使活化和改性过程合并,在维持活性炭孔径结构的基础上提高表面官能团含量及负载金属铁,从而提高香蒲活性炭对Ni(Ⅱ)和阿莫西林吸附性能。同时考察香蒲活性炭物理化学性质,并结合吸附实验探究香蒲活性炭对Ni(Ⅱ)、氯霉素和阿莫西林的吸附机理。本研究对于香蒲秸秆的资源化利用及香蒲活性炭应用于不同性质废水的处理具有较好的理论指导意义。取得的主要研究结论如下:(1)采用香蒲秸秆废弃物为原料,通过优化磷酸活化法工艺参数制备出物理性质好、吸附容量大的香蒲活性炭。考察了浸渍时间、浸渍比和活化温度对香蒲活性炭的孔隙结构的单因素影响:香蒲活性炭的比表面积和总孔容分别随浸渍时间的增长和浸渍比的增加呈现出增大后减小的趋势,而当活化温度逐渐升高时,香蒲活性炭的比表面积呈现出略微升高的趋势,总孔容则先增加后减少。综合考虑制得的香蒲活性炭的孔隙结构及制备过程中的能量消耗,最终确定香蒲活性炭的最优制备工艺参数为:浸渍比为2.5(g磷酸/g香蒲),浸渍时间为12h,活化温度450℃。对最优参数制得香蒲活性炭的理化性质进行详细表征,其得率为43%,比表面积为794.8 m2/g,总孔容为1.266 cm3/g,活性炭呈微孔-介孔混合结构,其中微孔容约占总孔容的12.2%,孔隙结构以介孔为主。活性炭表面富含大量官能团,其中酸性官能团占67.62%。以氯霉素和Ni(Ⅱ)作为抗生素和重金属的代表分别考察香蒲活性炭对两种物质的吸附能力,香蒲活性炭对氯霉素的最大吸附量为137.0mg/g,对Ni(Ⅱ)的最大吸附量为15.8mg/g,高于许多现有其他吸附剂,香蒲活性炭对抗生素和重金属具有良好的吸附能力。(2)研究探讨了最优工艺参数制得香蒲活性炭对氯霉素的吸附机理。对比香蒲活性炭吸附氯霉素前后的孔隙结构的变化,吸附氯霉素后香蒲活性炭中的微孔和介孔的孔容同时降低,氯霉素吸附过程中发生微孔孔隙截留作用,同时氯霉素与介孔中作为吸附位点的官能团结合占据了部分介孔孔容,香蒲活性炭的介孔为主的微孔-介孔混合结构有助于氯霉素在香蒲活性炭上的快速吸附。香蒲活性炭对氯霉素的吸附平衡时间为6 h,其吸附行为适合使用伪二级动力学模型进行描述,主要为化学吸附,并且颗粒内扩散模型拟合表明香蒲活性炭对氯霉素的吸附速率由颗粒内扩散和表面吸附共同控制。Freundlich等温模型适用于描述氯霉素在香蒲活性炭上的吸附特征,表明其吸附特征为多分子层吸附。香蒲活性炭的氯霉素吸附性能对溶液pH值和离子强度变化均不敏感,溶液中氯霉素主要以分子形态被香蒲活性炭吸附。香蒲活性炭对氯霉素的主要吸附机理有π-π EDA作用、氢键作用、疏水作用及微弱的物理吸附作用。(3)采用Na2EDTA原位改性法提升香蒲活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附性能,并研究其对Ni(Ⅱ)的吸附机理。在磷酸活化过程中以0-40 mmol Na2EDTA/10g香蒲掺杂改性剂对香蒲活性炭进行原位改性,简化了常规活性炭改性工艺,Na2EDTA原位改性活性炭对Ni(Ⅱ)吸附量比原炭的吸附量增加了 10-80%。Na2EDTA的最佳添加量为35 mmolNa2EDTA/10g香蒲,其改性活性炭的最大Ni(Ⅱ)吸附量为24.6 mg/g。Na2EDTA原位改性磷酸活化法成功的维持了香蒲活性炭的孔隙结构并同步提高了含氧、含氮官能团含量。Langmuir等温模型适合描述香蒲活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附特征,Ni(Ⅱ)在香蒲活性炭上的吸附偏重于单分子层吸附。Na2EDTA改性香蒲活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附量较高主要是由于其较原炭具有更多的表面官能团含量。香蒲活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附平衡时间为12 h,其吸附过程适合使用伪二级动力学模型进行描述,主要为化学吸附。香蒲活性炭对Ni(Ⅱ)的吸附性能受pH值和离子强度影响较大,高pH值和低离子强度有利于Ni(Ⅱ)在香蒲活性炭上的吸附。XPS分析表明香蒲活性炭的表面官能团与Ni(Ⅱ)发生化学键结合。香蒲活性炭对Ni(Ⅱ)的主要吸附机理为:是静电吸引、离子交换和内表面络合作用。(4)采用EDTAFeNa原位改性法提升香蒲活性炭对阿莫西林的吸附能力,并研究其对阿莫西林的吸附机理。在磷酸活化过程中以0-8 mmol EDTAFeNa/10 g香蒲掺杂改性剂对活性炭进行原位改性,EDTAFeNa改性活性炭对阿莫西林的吸附量较原炭提高了 30-104%。EDTAFeNa的最佳添加量为2 mmol EDTAFeNa/10g香蒲,其改性炭的最大阿莫西林吸附量为243.9 mg/g。对EDTAFeNa改性活性炭和原炭的孔径结构和表面化学性质进行表征,发现EDTAFeNa原位改性磷酸活化法能够维持香蒲活性炭的孔隙结构,同时改性香蒲活性炭的总官能团含量较原炭提高了 67%,XPS分析表明活性炭表面成功负载了 Fe(Ⅲ)。EDTAFeNa改性香蒲活性炭对阿莫西林的吸附量比原炭高主要是由于其表面具有更多的官能团并负载了铁。Langmuir等温模型与香蒲活性炭对阿莫西林的吸附数据拟合度较高,证明阿莫西林在香蒲活性炭上的吸附偏重于单分子层吸附。吸附动力学实验表明,香蒲活性炭对阿莫西林的吸附平衡时间为500 min,其吸附行为符合伪二级动力学模型,吸附过程主要为化学吸附。在pH范围为3-6时香蒲活性炭的阿莫西林吸附性能最大,并且EDTAFeNa改性活性炭对阿莫西林的吸附性能受溶液pH值变化的影响较小。香蒲活性炭对阿莫西林的主要吸附机理是:静电作用、离子交换和络合作用。