氨基功能化烟末生物碳对废水中U(Ⅵ)、Cr(Ⅵ)的去除性能与机理研究

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本研究以废弃卷烟烟末为原材料,采用浓硫酸进行碳化处理得到烟末生物碳,再用环氧氯丙烷、浓氨水等试剂进行氨基改性制备氨基功能化烟末生物碳(NH2/TPB),NH2/TPB的应用也使之成为一种“以废制废”的环保新型吸附剂。本研究将NH2/TPB分别吸附溶液中的U(VI)、Cr(VI)。通过SEM表征技术分析,NH2/TPB表面呈多孔状,是重金属离子的理想吸附位点,且通过FT-IR技术分析发现NH2/TPB含大量的氨基、羧基、羟基官能团,它们能够与重金属离子U(VI)、Cr(VI)发生螯合、配位等作用。本研究通过批量吸附实验探讨了溶液p H、NH2/TPB吸附剂投加量、U(VI)/Cr(VI)的初始质量浓度、反应时间、反应温度、干扰离子对吸附性能的影响。运用吸附动力学模型与等温吸附模型拟合了实验数据,并采用SEM、FT-IR、XPS等表征技术探究重金属离子U(VI)/Cr(VI)去除机制。NH2/TPB对U(VI)的吸附:在p H=6、NH2/TPB投加量为0.2 g/L、温度40℃、吸附时间为210 min时,NH2/TPB对U(VI)的最大吸附容量可达到495.04 mg/g;拟二级动力学模型和Langmuir等温模型更加符合吸附行为,说明NH2/TPB对U(VI)的吸附主要是化学吸附和单层吸附。干扰离子中Cu2+的抑制作用最大,其次是Cd2+、Cr6+。5次循环利用后,NH2/TPB对U(VI)的吸附率仍然在86.71%以上。U(VI)的去除机理主要包括静电吸附、还原反应、配位络合以及“π-π”作用。NH2/TPB对Cr(VI)的吸附:在溶液p H=4、NH2/TPB投加量为0.8g/L、吸附时长120 min、温度45℃时,NH2/TPB对Cr(VI)的最大吸附容量为103.627 mg/g。动力学模型分析发现在该吸附过程中物理吸附与化学吸附并存,但主要以化学吸附为主;等温吸附模型分析表明NH2/TPB对Cr(Ⅵ)的吸附为单层吸附和多层吸附。轻金属离子K+、Na+、Ca2+对Cr(VI)的吸附影响大小依次为:Ca2+>Na+>K+。经过5次吸附-解吸实验,Cr(VI)的吸附率仍然保持在82.88%以上。Cr(Ⅵ)去除机理主要包括还原反应、静电吸引、络合作用。综上,NH2/TPB对重金属离子U(VI)、Cr(VI)都具有良好的吸附性能,重复再生性能较好,也易进行固液分离,对烟末基材料去除其他重金属或有机污染物有一定的参考价值。
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