砷是一种自然界中普遍存在且具有高毒性的类金属元素,过量摄入砷可以导致肺癌、皮肤癌等疾病。由于岩石风化、生物地球化学作用、矿山开采、化石燃料燃烧以及含砷农药的使用,砷污染长期以来是一个重要的环境问题,研究开发高效、经济的除砷方法是解决这一问题的关键。目前,针对除砷方法和技术研究较多,但各有优缺点。吸附法简单易行、处理量大、效率高,应用广泛,是最具实用前景的除砷技术。然而,常用的吸附剂普遍存在比表面积较小、传质速度较慢、再回收利用困难等问题。开发新型高效吸附剂是目前除砷技术研究的重点,近年来新兴的纳米技术为该方面研究创造了新的发展前景。本课题主要是结合金属氧化物对不同形态砷的吸附性能,合成制备新型纳米金属氧化物复合材料,以实现对不同砷形态进行吸附,进而弥补传统吸附材料吸附性能较弱的缺陷。主要内容可分三部分:(1)采用碳纳米管做骨架,经过磁性修饰、锆元素改性制备了氧化锆磁性碳纳米管复合材料,分别探究了其对AsⅤ和AsⅢ两种不同形态无机砷离子的吸附去除行为。通过考察pH值、AsⅤ和AsⅢ初始浓度、吸附时间、温度等因素对吸附效果的影响,优化了实验条件,评价了材料的吸附容量。分别对AsⅤ和AsⅢ的吸附过程进行Langmuir和Freundlich等温吸附曲线拟合,以及吸附热力学和动力学计算,结合各种表征手段对其可能的作用机理进行了初步探讨。(2)用共沉淀法制备了锆锰双元氧化物修饰粉煤灰复合材料,在课题组用对AsⅤ进行吸附研究的基础上,使用同样的复合材料对水体中AsⅢ吸附过程进行研究,优化了各项实验条件,评价了材料的最大吸附容量,采用Langmuir和Freundlich两种模型进行等温吸附曲线拟合,并运用吸附热力学与吸附动力学对其可能的作用机理进行了初步探讨。(3)尝试利用温和的绿色化学方法制备铁氧化物纳米材料。选择特定的铁源(氯化铁),在室温下利用Fe3+在生理盐水中缓慢水解制备铁氧化物纳米颗粒。考察了初始生理盐水浓度(离子强度)、反应平衡时间、老化温度以及相变温度对颗粒结构、尺寸和形貌的影响。通过各种表征手段初步探究材料的形成机理以及影响因素,以期开辟绿色廉价的氧化铁纳米材料合成途径。本课题研究为新型纳米复合材料的制备及环境污染物去除提供了参考。