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水体汞污染是一个严重的环境问题。基于含S、N基团对汞较强的亲和力,本论文重点研究了单质硫改性活性炭和聚苯胺在不同水化学条件下(pH值、离子强度及水中共存物质)对水中Hg(Ⅱ)的吸附性能。在静态吸附实验的基础上,结合XPS及材料的其它物化性质的表征,阐述了以上两种材料对Hg(Ⅱ)的相关吸附机理。此外,本论文依据文献改性方法制备了三种巯基改性材料(硅藻土、活性炭和介孔硅),通过对比研究溶液pH值和氯离子浓度对其吸附性能的影响的差异,初步探讨了材料吸附位点的类型、密度及材料的孔道结构在汞吸附中的作用。论文主要结论如下:
1.单质硫的负载温度对改性活性炭的汞吸附性能影响很大,影响机理在于调节材料的比表面积及活性硫含量。最佳负载温度为400℃,所得改性活性炭ACS-400具有最大的汞吸附容量(>800 mg／g)。对ACS-400吸附性能影响最大的水化学条件包括pH值、氯离子浓度及腐殖酸浓度。溶液pH值对ACS-400的汞吸附去除率的影响与汞的初始浓度C0相关。氯离子和腐殖酸对ACS-400的吸附存在抑制作用,其中氯离子的抑制作用较强。两者的抑制机理为与汞离子络合形成吸附能力较差的Hg-Cl和Hg-HA络合物。在吸附实验和材料物化性质表征分析的基础上,推测ACS-400对汞的主要吸附位点为单质硫／噻吩和亚砜硫,吸附机理为内层络合。
2.聚苯胺对水中汞具有较好的吸附性能。与ACS-400相似,对聚苯胺的汞吸附性能影响最大的水化学条件包括pH值、氯离子浓度及腐殖酸浓度。聚苯胺的最佳吸附pH值范围相对较窄,在pH4.5～5.5间。过低或过高的pH值均会抑制聚苯胺对汞的吸附。氯离子对聚苯胺的吸附性能具有很强的抑制作用。相比于ACS-400,腐殖酸对聚苯胺的抑制作用较强。聚苯胺对汞的吸附机理较复杂,汞主要以Hg(Ⅱ)的形式被吸附,三种氮原子均可作为Hg(Ⅱ)的吸附位点,但相比之下脱质子化的亚胺态氮原子的络合能力最强。
3.低pH值范围内,溶液pH值对三种巯基改性材料的汞吸附去除率的影响基本一致,即只有在很低pH值条件下,去除率才会出现微弱下降。这是由巯基对汞很强的亲和力引起的,表明吸附位点的类型在pH值的影响中发挥最关键作用。相比之下,氯离子浓度对三种巯基改性材料的Hg(Ⅱ)吸附性能的影响存在差异,表明氯离子对吸附去除率的影响,与吸附位点的类型、密度及材料的孔道结构均存在一定关系。