【摘 要】
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本研究提出了以牛粪生物质为前驱体的高性能还原性吸附剂的合成方法,制备了具有磁性的铁掺杂多孔生物质炭(Fe0.31(0)Fe2.69(II)C)并且研究了其对水溶液中Cr(VI)的还原-吸附协同去除
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本研究提出了以牛粪生物质为前驱体的高性能还原性吸附剂的合成方法,制备了具有磁性的铁掺杂多孔生物质炭(Fe0.31(0)Fe2.69(II)C)并且研究了其对水溶液中Cr(VI)的还原-吸附协同去除机理。吸附剂制备策略中,将前驱物在FeSO4和K2CO3的混合溶液中浸泡烘干后后,在绝氧条件下于800°C闷烧,获得掺杂铁的磁性生物质炭。该方法制备的铁掺杂生物质炭简便易行,且使用的化学试剂少,以废治废,制备过程较环保。所制备吸附剂通过傅里叶红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)以及Zeta表面电位等进行表征,以分析其物理化学性质。针对吸附剂对六价铬的吸附行为,通过实验研究考察了pH,初始浓度,反应时间和共存离子对吸附特性的影响。批实验结果显示在pH=2.0±0.1,25℃条件下,反应过程在180分钟内基本达到平衡,铁掺杂生物质炭对Cr(VI)的最大吸附容量为89.30 mg·g-1。吸附反应为自发进行的吸热反应,过程主要是单层的化学吸附,机理包含吸附剂表面铁和二价铁离子与目标污染物发生还原作用和静电吸附作用的协同作用。此外,铁掺杂生物质炭对Cr(VI)的动力学模型与拟二级动力学模型相对应,吸附等温线与Langmuir模型相对应。体系中阴离子(Cl-、NO3-、SO42-、PO43-)的存在,不利于铁掺杂生物质炭吸附Cr(VI),且影响大小顺序为:PO43->SO42->Cl->NO3-。通过X射线光电子能谱(XPS)分析,得出Cr(VI)成功吸附于铁掺杂生物质炭上,并且铬元素出现价态变化,证明所制备生物质炭具备显著的还原性,并且可协同吸附作用将还原后的污染物吸附在吸附剂表面。此外,吸附剂吸附前后结构完整,独特的铁磁性质证实了其与水溶液的可分离性。本研究证明,以牛粪为前驱体制备的铁掺杂生物质炭具有良好的理化性质,是一种廉价高效的环境友好型吸附剂,在污水处理领域具有显著的应用潜力。
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